Contexte

La mécanique des fluides numérique, ou CFD pour Computational Fluide Dynamics, est aujourd'hui largement utilisée dans l’industrie. La CFD diphasique, elle, est actuellement un sujet en plein essor autant sur les applications (sûreté nucléaire en cas d’ébullition, refroidissement de supercalculateurs ou de moteur fusée) que sur la R&D pour améliorer la modélisation et les codes de simulation. En effet, contrairement à la CFD monophasique où la compréhension physique est assez mature, de par son côté multi-échelle et multi-physique, la CFD diphasique nécessite un nombre plus conséquent de modèles de fermeture. Ces modèles ont besoin à la fois d’être développés et validés. Cela passe bien souvent par l’utilisation de données expérimentales.

Dans ce cadre, un partenariat entre le CEA et le Jožef Stefan Institute (JSI) en Slovénie a été mis en place et une campagne expérimentale se réalise sur un canal annulaire bouillant utilisant du fréon. Outre la bonne qualité des instrumentations, l’originalité de ce dispositif tient en deux aspects : le contrôle de l’ébullition par la température et non la puissance, ce qui est rare dans la communauté, et la possibilité d’incliner le canal, ce qui permet de comprendre les différentes forces contribuant à la dynamique diphasique en changeant la direction de la gravité.

Objectifs

L’objectif de ce stage est de réaliser une modélisation et une simulation de ce dispositif avec TrioCFD, le code CFD open-source du CEA. Ce travail contribuera à la validation et à l’amélioration de modèles dans le code. Plus précisément, après la mise en donnée du problème (géométrie, maillage, modèles), nous réaliserons une étude paramétrique (en débit, température, orientation…). Ces résultats seront alors comparés avec les données expérimentales du JSI accessibles à date. De ce travail, nous pourrons réaliser une analyse physique pour comprendre l’impact des modèles, justifier des recommandations, voir le cas échéant proposer des améliorations de la modélisation.

Ainsi, le programme de travail s’articulera comme suit :

• Mise en place du jeu de donnée simulant le dispositif expérimental
• Étude paramétrique
• Analyse physique
• Exploitation : recommandation, améliorations de modèles