Low-cost non-intrusive sensitivity analysis technique for heat and mass transfer in porous media, with application to space-vehicle heat-shield design
Méthode d'analyse de sensibilité non intrusive à faible coût pour les transferts thermique et massique en milieu poreux, appliquée à la conception des boucliers thermiques de véhicules spaciaux
Résumé
A low-cost non intrusive sensitivity analysis technique is applied to heat and mass transfer in porous media. To illustrate the approach, the Analysis of Variance (ANOVA) functional expansion is explicitly derived on an analytic problem - heat transfer in solid materials. Then, a non-intrusive formulation is proposed for heat and mass transfer computer codes. It relies on an Anchored-ANOVA strategy permitting to perform low-cost sensitivity analysis in problems featuring a large number of uncertain parameters. Its applicability to complex heat and mass transfer problems is demonstrated for space vehicle heat-shield design. The sensitivity analysis method has been coded in a computer program that has been interfaced with the Porous material Analysis Toolbox based on OpenFOAM (PATO) released Open Source by NASA. Then, a Polynomial-Chaos method is used in order to compute the statistics of some quantities of interest for the atmospheric entry of the Stardust capsule, by taking into account uncertainties on heat-shield material properties and chemistry models.
Une technique d'analyse de sensibilité non intrusive à faible coût est appliquée au problème de transfert thermique et massique en milieu poreux. Afin d'illustrer l'approche, la formulation fonctionnelle appelée Analysis of Variance (ANOVA) est explicitée sur un problème analytique de transfert thermique. Une formulation non intrusive est ensuite proposée pour se coupler à un code de calcul. Celle-ci repose sur la stratégie Anchored-ANOVA, permettant de réaliser des analyses de sensibilité à faible coût malgré le grand nombre de paramètres incertains des problèmes étudiés. Cette stratégie a été appliquée avec succès dans le cadre de problèmes complexes de transfert thermique et massique visant la conception des boucliers thermiques de véhicules spaciaux. La méthode d'analyse de sensibilité a été implémentée dans un programme interfacé avec l'outil Porous material Analysis Toolbox based on OpenFOAM (PATO), diffusé en Open Source par la NASA. Enfin, la méthode des Polynômes du Chaos est utilisée afin d'obtenir différentes statistiques des quantités d'intérêt lors de l'entrée atmosphérique de la capsule Stardust, en considérant des incertitudes sur les matériaux ainsi que sur les modèles chimiques.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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