La dynamique des écoulements diphasiques est un sujet de recherche actif depuis de nombreuses années, tant d’un point de vue théorique que pratique. Les besoins industriels sont très variés, de la génération de vapeur pour la production d’électricité au refroidissement de composants électroniques en passant par la production d’hydrogène par électrolyse [1]. Le développement des moyens informatiques des dernières années permet d’explorer ce type d’écoulements complexes au moyen de simulation numérique.

Dans ce contexte, le CEA mène des activités de recherche sur la modélisation des écoulements diphasiques. Afin de mener à bien ces simulations numériques, un nouveau formalisme pour les écoulements diphasiques a été introduit dans TrioCFD sur la base d’une approche eulérienne permettant de simuler la présence de N phases, chacune contrôlée par trois équations de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie). Ce formalisme s’appuie sur des méthodes numériques novatrices développées en interne, avec notamment un modèle généralisant les schémas classiques de type MAC sur des polyèdres quelconques. Suite au développement de ce formalisme, une étape nécessaire est la validation du code de calcul. C’est dans ce contexte que le stage se déroule. Le travail de stage portera sur la modélisation et la simulation d’un cas-test standard d’écoulements à bulles d’eau-air.

L’objectif est de valider l’implémentation du modèle de turbulence monophasique pour monter en compétence sur le code. Un modèle de turbulence pour la partie diphasique sera ensuite évalué et modifié si besoin. Cette deuxième partie est le fruit de travaux de recherche issue d’une thèse [2]. Un maillage simple sera produit et les paramètres de modélisation seront étudiés. Une large base de données expérimentales est disponible pour valider les résultats de simulation. En fonction de l’avancée du stage et des préférences du ou de la candidate, il est envisageable d’introduire un nouveau cas de validation (ébullition en conduite cylindrique) ou d’ajouter de nouveaux modèles dans le code de calcul en fonction des besoins.

Le sujet offre une occasion unique de confronter la physique des écoulements diphasiques et les contraintes numériques de modélisation. La laboratoire entretient de nombreuses activités sur la modélisation diphasique et ce stage s’intègre pleinement dans les travaux de l’équipe assurant un environnement riche et stimulant. Ce stage pourra éventuellement être poursuivi par une thèse sur la dynamique des écoulements à bulles (voir [3]).

[1] A. C. Avci et E. Toklu. « A New Analysis of Two Phase Flow on Hydrogen Production From Water Electrolysis ». Int. Jour. of Hydrogen Ener. (2021).
[2] A. du Cluzeau, G. Bois et A. Toutant. « Analysis and Modelling of Reynolds Stresses in Turbulent Bubbly Up-Flows From Direct Numerical Simulations ». J. Flui. Mech. 866 (2019), p. 132-168.
[3] https://instn.cea.fr/these/heterogeneite-dans-les-essaims-de-bulles/

• 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. Une connaissance de l’environnement Linux serait un plus.