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Moteur de recherche d'offres d'emploi CEA

Analysis of thermal exchange at very high Rayleigh numbers H/F


Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.  

Référence

2020-13770  

Description de l'unité

Au sein du département de modélisation des systèmes et des structures (DM2S) de la Direction
des Energies, au CEA Saclay, le Service de Thermohydraulique et de la Mécanique des Fluides
(STMF-115 personnes) :- conçoit, développe et qualifie les logiciels de simulation de la
thermohydraulique et de la mécanique des fluides pour les réacteurs et installations nucléaires
aux différentes échelles ;- conçoit et réalise des programmes expérimentaux en support à la
compréhension des phénomènes et à la validation des modèles physiques implantés dans les
logiciels ;- réalise les études et expertises qui lui sont confiées pour des applications nucléaires
et quelques- unes hors nucléaire dans le domaine énergétique. Le Laboratoire de modélisation et
simulation en mécanique des fluides (LMSF, 18 collaborateurs en CDI) met au point des
modélisations physiques et des applications logicielles nécessaires pour la simulation à l'échelle
locale de la mécanique des fluides, tant pour les besoins concernant les réacteurs nucléaires que
pour les procédés de l'amont ou de l'aval du cycle du combustible. Il contribue notamment au
développement des codes TrioCFD et Neptune-CFD.

Description du poste

Domaine

Thermohydraulique et mécanique des fluides

Contrat

Post-doctorat

Intitulé de l'offre

Analysis of thermal exchange at very high Rayleigh numbers H/F

Sujet de stage

Analysis of thermal exchange at very high Rayleigh numbers

Durée du contrat (en mois)

12

Description de l'offre

Context: Thermal exchanges at very high Rayleigh numbers (Ra) exist on geophysical scale, at civil engineering scale and increasingly in industrial applications and here particularly in the energy sector. At this point, we mention the cooling of solar panels or the heat removal from nuclear power plants under accidental conditions. In fact, the passive safety concept of Small Modular Reactors (SMR) is based on the transfer of residual heat from the reactor to a water pool in which the reactor is placed. Since the outer reactor vessel is very high, heat exchange occurs by natural convection at Rayleigh numbers between Ra ≈ 1010 up to 1016. Reliable heat transfer correlations exist to date only up to about Ra < 1012 with very high uncertainties in the extrapolation to higher Ra. Understanding the heat transfer at very high Ra is thus of fundamental and practical interest. The associated challenges are twofold:

Numerical challenges: CFD codes cannot model turbulent heat transfer at very high Ra with sufficient accuracy and appropriate calculation time. Improved physical and numerical models are required, which use high performance computing (HPC) capabilities.
Experimental challenges: Detailed experiments are essential for code validation. Since experiments in water require impractical huge dimensions, cryogenic experiments with helium are planned at CEA, based on the interesting physical properties of this fluid in the range of 5 K (high thermal expansion associated to low viscosity and thermal conduction).


Objectives: The objective of the post-doc position is to develop and validate a strategy to predict the heat transfer at very high Ra by using the CFD code TrioCFD[1]. In this context, it is essential to extend and improve the capabilities of this code, for example by taking into account non-isotropic turbulence in the thermal boundary layer. An industrial application and an academic validation experiment are in focus of the post-doc research, namely the prediction of the removal of residual heat from SMR and the conception of an associated cryogenic validation experiment. The project covers four work packages:

Development of a calculation strategy (including model developments) within the validity range of existing heat transfer correlations and published experimental data (Ra ≈ 109).
Application of the calculation strategy to heat transfer correlations and experimental data for the highest Ra available (Ra ≈ 1012).
Evaluation of the feasibility of cryogenic experiments by analyzing literature based cryogenic experiments at Rayleigh numbers up to Ra ≈ 1015. Indeed, such cryogenic data exist for Rayleigh-Bénard cells in gaseous low temperature helium. This work package will be realized in tight collaboration with the department of low temperatures at CEA-Grenoble (IRIG/DSBT).
Final definition of the cryogenic experiment, which represents the geometry of the focused industrial applications.


[1] http://triocfd.cea.fr/

Moyens / Méthodes / Logiciels

Code TrioCFD

Profil du candidat

The candidate should have consolidated knowledge in CFD, a PhD in this domain is mandatory. Good knowledge in turbulence modelling (RANS, LES and DNS) and heat transfer will be appreciated. Coding experiences is a plus but not mandatory.

Localisation du poste

Site

Saclay

Localisation du poste

France, Ile-de-France, Essonne (91)

Ville

Saclay

Demandeur

Disponibilité du poste

01/01/2021