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Mémoire

Application of the SPH method in turbulent free-surface flow for simulation of debris accumulation during flood events

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Santoro, Luca ULiège
Promoteur(s) : Archambeau, Pierre ULiège
Date de soutenance : 30-jui-2025/1-jui-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23202
Détails
Titre : Application of the SPH method in turbulent free-surface flow for simulation of debris accumulation during flood events
Titre traduit : [fr] Application de la méthode SPH en écoulement turbulent à surface libre pour la simulation de l'accumulation de débris lors d'événements de crue
Auteur : Santoro, Luca ULiège
Date de soutenance  : 30-jui-2025/1-jui-2025
Promoteur(s) : Archambeau, Pierre ULiège
Membre(s) du jury : Erpicum, Sébastien ULiège
Boman, Romain ULiège
Goffin, Louis 
Langue : Anglais
Nombre de pages : 117
Mots-clés : [en] SPH
[en] turbulent flow
[en] flood events
[en] debris formation
[en] SPlisHSPlasH
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie civile
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Etudiants
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil physicien, à finalité approfondie
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Flood events represent a recurring natural hazard requiring accurate prediction of
hydrodynamic forces on structures and debris accumulation patterns. This master thesis evaluates the capability of the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
method, specifically through the SPlisHSPlasH software implementation, to simulate three-dimensional turbulent free-surface flows with dynamic rigid bodies.
The methodology employs a systematic validation approach through progressively
complex configurations. First, turbulent flow behaviour is isolated and analysed
in a two-dimensional pipe configuration with Reynolds number Re = 1.7 × 10^7
,
where the numerical velocity profile correctly fits the analytical solution derived from
Generalized Hydraulic Equations. Subsequently, free-surface flow characteristics are
examined through a horizontal channel with Reynolds number Re = 1.8 × 10^5 and
a parabolic obstacle, correctly capturing hydraulic jump phenomena and head loss
distributions despite local pressure instabilities inherent to the SPH formulation.
The final validation integrates both phenomena in a laboratory-scale bridge configuration with Re = 1.5 × 10^4 and with seven floating wood logs. The simulation
successfully reproduces obstacle formation at the bridge entrance, with distinct behaviours observed between pressurized and free-surface flow conditions. Quantitative analysis reveals accurate head loss predictions and flow distribution patterns,
though with the requirement that particle size remains below one-fifth of the rigid
body characteristic dimension to ensure numerical stability.
While certain limitations exist, particularly concerning local pressure calculations
and the necessity for manual tuning of physical parameters, this study demonstrates
that SPlisHSPlasH can effectively simulate complex hydraulic phenomena relevant
to flood engineering applications. The continuous development of the software and
capability to handle coupled fluid-structure interactions yield it as a valuable tool for
hydraulic engineering analyses, encouraging more systematic adoption in the field.


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Document(s)

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Description: Full book
Taille: 13.99 MB
Format: Adobe PDF
File
Access Summary_EN_Master_thesis_Luca_Santoro.pdf
Description: Summary (english version)
Taille: 47.79 kB
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File
Access Summary_FR_Master_thesis_Luca_Santoro.pdf
Description: Summary (french version)
Taille: 47.67 kB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Santoro, Luca ULiège Université de Liège > Master ing. civ. phys., fin. approf.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Erpicum, Sébastien ULiège Université de Liège - ULiège > Département ArGEnCo > Département ArGEnCo
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Boman, Romain ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Département d'aérospatiale et mécanique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Goffin, Louis








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