Pour le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), la compréhension de la dynamique des écoulements à bulles est indispensable à la construction d'un « réacteur numérique » qui pourrait permettre, à terme, d’optimiser les marges de sûreté des installations nucléaires. En effet, la distribution spatiale des bulles a un rôle dominant sur la thermique des écoulements diphasiques, allant jusqu'à modifier le flux de chaleur en paroi, lui-même relié aux problématiques de sûreté nucléaire. L'étude des phénomènes de migration transverse est donc un enjeu scientifique d'intérêt doublé d'un enjeu industriel de sûreté.
Aujourd'hui, aucun code industriel moyenné n’est capable de prédire de manière satisfaisante le comportement de la force de portance (force latérale induite lorsqu’une bulle entre en contact avec un écoulement cisaillé). Historiquement, la force de portance a beaucoup été étudiée pour les écoulements ascendants [tomiyama2002, Legendre1998a, hayashi2020, hayashi2021]. Pour les écoulements horizontaux, il n’existe que peu de travaux, et les quelques résultats à disposition mettent en évidence des lacunes importantes dans la modélisation couramment admise. Pour comprendre les mécanismes à l’œuvre dans de tels écoulements, le stagiaire aura pour but de réaliser des ``expériences numériques'' par Simulation Numérique Directe (SND). Ces simulations de bulles soumises à différentes orientations d’écoulements permettront, à terme, de trouver un formalisme plus générique pour la force de portance.
Le stagiaire utilisera pour cela le code TrioCFD (https://triocfd.cea.fr/), développé au CEA. Il utilisera des clusters informatiques pour réaliser ses simulations de bulles en écoulement cisaillé turbulent, et développera des outils de post-traitement afin d'étudier et modéliser les données issues des simulations.
Des thèses seront disponibles après le stage dans le laboratoire sur d'autres sujets.
A. Du Cluzeau, G. Bois, A. Toutant & J. M. Martinez 2020 On bubble forces in turbulent channel flows from direct numerical simulations. Journal of Fluid Mechanics 882, A27.
K. Hayashi, H. Hessenkemper, D. Lucas, D. Legendre & A. Tomiyama 2021 Scaling of lift reversal of deformed bubbles in air-water systems. International Journal of Multiphase Flow 142, 103653.
K. Hayashi, D. Legendre & A. Tomiyama 2020 Lift coefficients of clean ellipsoidal bubbles in linear shear flows. International Journal of Multiphase Flow 129, 103350.
D. Legendre & J. Magnaudet 1998 The lift force on a spherical bubble in a viscous linear shear flow. Journal of Fluid Mechanics 368, 81.
A. Tomiyama, H. Tamai, I. Zun & S. Hosokawa 2002 Transverse migration of single bubbles in simple shear flows. Chemical Engineering Science 57 (11), 1849.
- Etudiant(e) en école d'ingénieur (ou master 2).
- Formation en mécanique des fluides.
- Maîtrise de l’environnement LINUX.
- Intéressé par la programmation : C++, Python, LaTeX.
- Qualité rédactionnelle.
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