Offre de stage en modélisation – CEA, Saclay

Stage en Modélisation des transferts thermiques au sein d’écoulements turbulents et diphasiques à bulles.

Laboratoire d’accueil : DEN/DM2S/STMF/LMSF

Encadrant : Guillaume BOIS

Candidatures : guillaume.bois_at_cea.fr

Niveau requis : Master 2

Durée du stage :  6 mois avec l’intention de poursuivre par une thèse sur le même sujet (en Oct. 2019).

Compétences : Mécanique des fluides, Simulation numérique, développement (C++ de préférence)


Résumé

Pour évaluer la sûreté des installations nucléaires, le CEA développe, valide et utilise des outils de simulation en thermohydraulique. Il s’intéresse en particulier à la modélisation des écoulements diphasiques eau- vapeur par différentes approches de la plus fine à la plus intégrale. Afin de mieux comprendre les écoulements diphasiques, le laboratoire travaille à la mise en place d’une démarche multi-échelles où la simulation fine (DNS, Simulation Numérique Directe diphasique) est utilisée comme «expérience numérique » pour produire des données de référence. Ces données sont ensuite moyennées pour être comparées aux modèles utilisés à plus grande échelle. Cette démarche est appliquée aux écoulements bouillants en intégrant progressivement des niveaux de complexité croissants. Le but à terme est de mieux prédire le déclanchement de la crise d’ébullition.

Pour produire ces données, le laboratoire a développé une méthode de simulation fine diphasique (Front- Tracking). Cette méthode est implémentée dans le code Open-Source de thermo-hydraulique du laboratoire : TrioCFD [1]. Elle permet de réaliser des simulations massivement parallèles pour décrire finement les interfaces et les structures turbulentes sans recourir à des modèles. Une thèse (se terminant en octobre 2019) s’est intéressée à la modélisation RANS (modèles à 2 fluides) des transferts de quantité de mouvement (échange entre phases et turbulence) [2]. Pour cela, les travaux se sont appuyés sur des DNS diphasiques réalisées dans des conditions simplifiées, sans coalescence, sans transferts thermique et sans changement de phase. L’objectif du stage est d’étendre la méthode numérique à la résolution des transferts thermiques en faisant appel à des méthodes déjà implémentées dans le code pour d’autres applications monophasiques (code orienté objet, C++). Ensuite, une configuration diphasique turbulente et anisotherme sera simulée en s’inspirant de la configuration étudiée dans [3]. Le candidat devra donc réaliser des simulations HPC (Calcul Haute Performance) sur cluster avec l’algorithme Front-Tracking de TrioCFD puis analyser physiquement les résultats.

Les travaux incluent des aspects numériques avec l’implémentation et la validation de la méthode numérique ainsi que des aspects physiques avec l’analyse des flux thermiques turbulents obtenus par simulations massivement parallèles.

[1] Trio_CFDwebpage:http://triocfd.cea.fr/recherche/modelisation-physique/two-phase-flows

  1. [2]  A. du Cluzeau, Caractérisation et modélisation par remontée d’échelle des efforts interfaciaux et de lapseudoturbulence dans les écoulements diphasiques à bulles, Thèse de doctorat Oct. 2016-2019.
  2. [3]  S. Dabiri, G. Tryggvason, Heat transfer in turbulent bubbly flow in vertical channels, Chem. Eng. Science, Vol.122, 2015, pp 106-113, ISSN 0009-2509, https://doi.org/10.1016/j.ces.2014.09.006.