Simulation numérique d'une pompe centrifuge en mélange eau-air avec le code CATHARE-3 H/F
Stage Gif-sur-Yvette (Essonne)
Description de l'offre
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.
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Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité
Référence
2024-32759Description du poste
Domaine
Thermohydraulique et mécanique des fluides
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
Simulation numérique d'une pompe centrifuge en mélange eau-air avec le code CATHARE-3 H/F
Sujet de stage
L'objet de ce stage est la simulation numérique d'une d'une pompe en mélange eau-air à l'aide du code CATHARE-3.
La présence d'un tel mélange affecte lourdement les capacités d'une pompe, avec une réduction potentiellement importante des performances.
L'enjeu de ce travail sera d'étudier la capacité de CATHARE à reproduire fidèlement de tels écoulements.
Durée du contrat (en mois)
5 à 6 mois
Description de l'offre
Contexte du stage
Le code CATHARE est un outil de simulation thermohydraulique diphasique à échelle système [1].
Son domaine principal d'application est l'analyse des transitoires accidentels de réacteurs nucléaires en vue de réaliser des études de sûreté.
Afin de modéliser un circuit primaire complet, de nombreux composants doivent faire l'objet d'une modélisation spécifique : vannes, assemblages, pressuriseur, pompes, etc.
Dans le cadre du développement de CATHARE, un modèle unidimensionnel (1D) de pompe a été développé lors d'une thèse [2], afin de compléter le modèle ponctuel (0D) historique.
Il permet de prédire les performances de pompes de géométries variées (centrifuges, hélico-centrifuges, axiales) ou de compresseurs, en conditions monophasiques, isolés ou placés au milieu d'un circuit.
Des travaux sont actuellement en cours pour étendre et valider ce modèle pour des régimes diphasiques accidentels.
La validation de ces travaux est réalisée à l'aide des résultats expérimentaux de la campagne EVA (eau-vapeur), réalisée au CEA dans les années 70.
Toutefois, ces essais consistent principalement en des mesures de pression entrée-sortie, et ne fournissent aucune information sur la dynamique interne des écoulements. Or, les différents régimes d'écoulement conduisent à des performances (pression, couple) très variables de la pompe. Leur bonne modélisation est donc essentielle. [3]
Afin de compléter les essais EVA, des articles de la littérature scientifique proposant des visualisations d'écoulements diphasiques eau-air au sein de pompes centrifuges ont été réunies.
L'enjeu du stage sera de réaliser la modélisation d'une de ces pompes, la pompe P23 [4], à l'aide de CATHARE, et de confronter les résultats du calcul (performances, régime d'écoulement) aux mesures et visualisations expérimentales.
Objectifs
Les tâches à réaliser par le/la futur(e) stagiaire seront les suivantes :
- prise en main de CATHARE-3 et de la bibliographie
- création d'un jeu de données modélisant la pompe P23
- vérification et validation en monophasique
- calculs en conditions eau-air reproduisant les essais de Monte Verde [4]
- analyse des résultats, et notamment de la qualité de la prédiction du régime d'écoulement et de la pression différentielle
Suite à ces calculs, des pistes d'améliorations du modèle 1D pourront être proposées, et d'éventuels développements visant à améliorer la prédiction pourront être testés.
Références
[1] site internet du code CATHARE : https://cathare.cea.fr
[2] L. Matteo, "Modélisation unidimensionnelle du comportement d'une pompe rotodynamique en fonctionnement normal et accidentel", Thèse de doctorat, 2019
[3] J.F. Gülich, "Centrifugal pumps",2nd edition, 2010
[4] W. Monte Verde et al, "Experimental study of gas-liquid two-phase flow patterns within centrifugal pumps impellers", Experimental thermal and fluid science, Vol 85, 2017, p37-51
[5] T. Bouvard, Ateliers CATHARE session H : turbomachines
Moyens / Méthodes / Logiciels
Simulation numérique, CATHARE-3, mécanique des fluides, théorie des turbomachines
Profil recherché
Profil du candidat
étudiant/étudiante en école d'ingénieur ou master 2, avec une spécialité en mécanique des fluides
Des connaissances en théorie des turbomachine, écoulements diphasiques ainsi que des compétences en python et simulation numérique seraient appréciées.