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Moteur de recherche d'offres d'emploi CEA

Étude de l'interaction fluide/structure dans un modèle simplifié d'assemblage de réacteur nucléaire H/F


Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité
  

Référence

2023-28783  

Description de l'unité

Le DM2S développe des outils de simulation pour la conception et l'évaluation de systèmes dans les disciplines de base du nucléaire, i.e. thermohydraulique, thermomécanique et neutronique, toutes filières confondues. Il s'appuie pour cela sur des essais et des plateformes logicielles, développées en interne ou en partenariat.
Il les met en œuvre dans le cadre d'études, notamment dans les domaines de la physique des réacteurs, de la tenue mécanique et de l'intégrité des structures des installations nucléaires sous sollicitations et de la conception de systèmes de nouvelle génération. Au sein du DM2S, 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, 20 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.

Description du poste

Domaine

Mathématiques, information  scientifique, logiciel

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Étude de l'interaction fluide/structure dans un modèle simplifié d'assemblage de réacteur nucléaire H/F

Sujet de stage

Ce sujet est dédié à l'étude du couplage fluide-structure à l'échelle des crayons dans un assemblage de combustible pour les réacteurs à eau pressurisée. Il s'agit du phénomène pilotant l'usure de la gaine des crayons contre leur support : les crayons sont soumis à des forces de pression fluctuante générées par l'écoulement axial fortement turbulent (nombre de Reynolds autour de 500 000) et répondent par des vibrations induites de faible amplitude (quelques micromètres) conduisant au phénomène dit de fretting.

Durée du contrat (en mois)

6

Description de l'offre

Pour prédire les forces fluides, il a été établi qu’une représentation fine de la turbulence est nécessaire (via Large Eddy Simulation a minima, voir par exemple la référence [1]), conduisant à des modèles en CFD de taille importante et rendant coûteuse la mise en place d’une approche couplée entre fluide et structure. Au contraire, les pratiques classiques, déployées jusqu’aux environnements industriels, reposent sur une hypothèse de découplage entre les caractéristiques spectrales de l’excitation turbulente et le mouvement des structures, dont la justification tient au caractère stochastique de la turbulence. En bénéficiant de l’accroissement de performance permis par les supercalculateurs les plus récents, l’approche couplée devient toutefois accessible et l’objectif du stage est alors de contribuer à l’évaluation de l’hypothèse introduite ci-dessus, pour en évaluer le domaine de validité et ainsi produire de la connaissance de grand intérêt pratique pour la communauté du calcul en mécanique.

En pratique, on se propose d’étudier en priorité le cas démonstratif d’un crayon placé dans un écoulement axial dans un domaine cylindrique de dimensions (axiale et radiale) dont l’influence sera à caractériser. On mettra alors en œuvre un couplage fort entre un solveur CFD avec représentation LES de la turbulence (impliquant un maillage de la finesse adéquate au niveau de la couche limite en paroi du crayon) et un solveur structure pour le crayon, modélisé comme une poutre en petites vibrations. Pour chaque cas de calcul, avec des variations impliquant donc les dimensions du domaine fluide et possiblement les conditions aux limites pour le modèle de structure, on conduira une simulation en transitoire allant jusqu’à l’établissement du régime permanent pour la vibration induite par l’écoulement et se continuant sur un temps physique suffisamment long pour l’extraction fiable du contenu spectral de l’excitation turbulente. De plus, dans chaque cas, les cas avec et sans mouvement des structures seront comparés pour confronter l’hypothèse de découplage introduite au premier paragraphe.
Ce sujet s’inscrit dans la continuation de travaux importants permettant de définir et de valider les bonnes pratiques relatives à la représentation de la turbulence pour la prédiction des efforts fluides à l’origine du fretting pour les assemblages de combustible (voir les publications [1, 2]).  

Les simulations numériques seront conduites sur des clusters de calcul appropriés avec le code de CFD TRUST/TrioCFD développé au CEA de Paris-Saclay [3].

Bibliographie

[1] S. Delafontaine. Simulation of unsteady fluid forces on a single rod downstream of mixing grid cell. Nucl. Eng. Des., 332 :38–58, 2018.

[2] B. Farges, M.-C. Gauffre, S. Benhamadouche, P. Badel, V. Faucher, and G. Ricciardi. Advanced benchmark of the flow through a mixing vane grid – Large eddy simulation validation. Nucl. Eng. Des., 381 :111335, 2021.

[3] Site internet du code TrioCFD  : http://triocfd.cea.fr

Moyens / Méthodes / Logiciels

TrioCFD

Profil du candidat

Compétences requises ou souhaitées

Le stage est proposé aux étudiants ayant une formation en mécanique des fluides et modélisation de la turbulence, et avec éventuellement des connaissances en mécanique des structures. Une première pratique de codes CFD serait la bienvenue. De bonnes capacités de rédaction seront très appréciées.

Profil recherché

Niveau Bac+5 (3ème année d’école d’ingénieur ou Master 2).

Localisation du poste

Site

Saclay

Localisation du poste

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

Ville

Saclay

Critères candidat

Diplôme préparé

Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs

Possibilité de poursuite en thèse

Non

Demandeur

Disponibilité du poste

01/02/2024