Contexte
Les écoulements diphasiques sont couramment observés dans l'industrie nucléaire française au sein des réacteurs à eau pressurisée. Lors de scenarios accidentels, la présence de vapeur dans le circuit peut mener à l’émergence de régimes à poches où de grandes bulles de vapeur, aussi appelées bulles de Taylor, influencent de manière importante la dynamique et la thermique de l’écoulement. Au CEA, le Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides (STMF) se consacre notamment au développement de logiciels de simulation visant à analyser ces écoulements.

La Simulation Numérique Directe (DNS) offre la possibilité de mener des expériences numériques à petite échelle afin d'analyser des configurations simples. Grâce à l’essor de la puissance de calcul et à l'utilisation d'algorithmes de suivi d'interface (Front-Tracking), il devient envisageable d'étudier avec une grande précision l'évolution d'un écoulement impliquant deux fluides non miscibles. Toutefois, il est important de noter que cette approche coûteuse est difficile à appliquer directement à certaines configurations industrielles. Les méthodes moyennées, moins exigeantes en termes de puissance de calcul, ouvrent la porte à l'étude de configurations plus complexes. Néanmoins, elles requièrent une modélisation importante. La remontée d’informations depuis la simulation numérique directe
jusqu’aux approches moyennées n'est pas toujours aisée en particulier pour la modélisation de phénomènes intermittents comme la bulle de Taylor.

Les modèles actuels de « grandes interfaces » à l’échelle moyennée manquent d'une validation sur des configurations simples pour une évaluation quantitative de la modélisation. Le rôle des parois reste en particulier à étudier.

Objectifs
Dans le but d’éclaircir ces zones d’ombres de la modélisation, des simulations numériques directes de bulles de Taylor ont été menées et validées lors de précédents stages avec le module de Front-Tracking de TrioCFD. L'objectif de ce nouveau stage est de mettre à l'épreuve les méthodes moyennées du code NEPTUNE_CFD, afin de reproduire ces expériences numériques.

Ce travail se déroulera en 3 étapes :

•  Identification des quantités macroscopiques d’intérêt, des besoins en modélisation et de l'état de l'art.

• Familiarisation avec la modélisation de NEPTUNE_CFD et premières simulations de bulles de Taylor.

• Simulation de cas tests de bulle de bulle de Taylor par confrontation avec la DNS pour identifier les forces et les faiblesses de la modélisation déjà existante et proposer des axes d’amélioration pour de futurs développements.

• Master 2 (université ou école d'ingénieur).

• Formation en mécanique des fluides avec connaissance du calcul scientifique

• Intérêt pour la simulation, sens physique et regard critique.

• Rigueur et organisation

• Les connaissances et compétences suivantes seraient un plus, mais non bloquante :
  
  • turbulence et écoulements diphasiques
  • programmation python, C++
  • environnement unix