Title: Simulation numérique d’une bulle de Taylor : comparaison de deux méthodes avec l’expérience.
Date: 2020-10-26 11:05
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Category: job
Authors: BOIS Guillaume
Email: guillaume.bois@cea.fr
Job_Type: Stage
Tags: stage
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Job_Employer: CEA Saclay
Expiration_Date: 2021-04-30
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La mécanique des fluides numérique (CFD) est aujourd’hui un outil indispensable dans l’élaboration,
la conception, la validation et l’étude de dispositifs industriels. L’étude des écoulements diphasiques,
notamment dans les réacteurs à eau pressurisée, est un enjeu majeur en particulier pour évaluer les
risques liés au fonctionnement en régime bouillant. La simulation directe (DNS) et la CFD multiphasique
(CMFD) [3] permettent d’effectuer des expériences numériques à différentes échelles pour étudier cette
ébullition dans des configurations variées.
La DNS diphasique profite aujourd’hui de l’importante puissance de calcul à disposition. Au
moyen d’un algorithme de capture d’interface, il est possible d’étudier l’évolution d’un écoulement
impliquant deux fluides en suivant précisément l’interface les séparant. Ce type de simulation est
réservé à des configurations simples. Moins gourmande en puissance de calcul, la CMFD permet
l’étude de configuration plus complexe par une approche dite moyennée grâce aux équations RANS
appliquées à chacun des fluides. Notre laboratoire (LMSF) dispose de deux outils de simulation, un
pour la DNS (TrioCFD[1]) et un pour la CMFD (NeptuneCFD [2], co-développé avec EDF, Framatome
et l’IRSN).
Dans le cadre d’une collaboration avec le Jožef Stefan Institute à Ljubljana en Slovénie, des mesures
expérimentales sur l’écoulement d’une bulle de Taylor ont été effectuées1. Ce type d’écoulement est
présent dans des échangeurs de chaleur dit pulsés [4]. C’est également un cas d’étude intéressant pour
la validation de méthode de capture d’interface. En effet, cela requiert la capture d’une grande interface
ainsi que la gestion de la fragmentation à l’arrière de la bulle.
Dans ce contexte, le stage proposé vise à mettre en place les simulations numériques sur les deux
outils TrioCFD et Neptune_CFD afin de les analyser et les comparer aux données expérimentales.
L’objectif est de définir un cas de validation complet pour enrichir la base de validation des deux codes
de calcul. La comparaison des deux approches numériques permettra également d’évaluer l’effet de
la prise de moyennes dans la formulation RANS. Cette articulation de l’expérience, la simulation
directe et la CMFD est une mise en pratique concrète d’une démarche de remontée d’information entre
différents niveaux de modélisation, démarche au coeur des travaux du laboratoire.
• Qualités requises : Intérêt pour la simulation, sens physique et regard critique.
• Compétences : Simulation, mécanique des fluides, thermohydraulique, notions de turbulence
et/ou sur les écoulements diphasiques.
• Durée : 6 mois, premier semestre 2020. Rémunération : en fonction de la formation, de 577 à
1300 €2. Des thèses sont susceptibles d’être proposées dans le laboratoire.