Dans le cadre d’une thèse qui débutera en octobre 2023 au CEA Saclay, il est prévu de réaliser des travaux de remontée d’échelle (3D-CFD vers 1D) au niveau des modèles de pompe en conditions diphasiques accidentelles. Dans le domaine de la modélisation, la remontée d’échelle consiste à utiliser des informations issues de calculs locaux (calculs 3D avec un nombre de mailles et un temps de calcul conséquents) pour alimenter des modèles physiques d’une échelle plus grossière (calculs 1D avec mailles de l’ordre de 10 cm [1] et donc un temps de calcul très rapide respectant notamment le temps réel). L’idée est ensuite d’utiliser le modèle 1D ainsi alimenté dans les études thermohydrauliques à échelle système afin d’optimiser le temps de calcul, tout en ayant une qualité de prédiction suffisante tirée de l’enseignement apporté par les calculs fins.

L’objectif de ce stage de fin d’études est de préparer les travaux de remontée d’échelle prévus dans la thèse 2023 au sein de l’équipe CATHARE (outil de simulation thermohydraulique diphasique à échelle système), en réalisant des premiers calculs 3D-CFD avec Neptune_CFD (outil de simulation thermohydraulique diphasique à échelle locale) en conditions monophasiques puis diphasiques.

Pour cela, la géométrie et les essais expérimentaux diphasiques décrits en référence [2] seront utilisés. Les auteurs de cet article ont fourni des mesures et une visualisation locale de la répartition liquide-gaz dans la partie tournante de la pompe (la roue), ce qui est rare et difficile à obtenir d’un point de vue expérimental. Plusieurs conditions de mélange diphasique eau-air ont été testées, en augmentant progressivement le taux de vide afin d’analyser la topologie de l’écoulement interne (dispersé versus stratifié). Le/la futur(e) stagiaire s’attachera à reproduire ces essais en menant des simulations 3D-CFD avec l’outil Neptune_CFD et à juger de la qualité des prédictions de ce code de calcul à l’échelle locale. Cela permettra au démarrage de la thèse 2023, de mener des travaux de remontée d’échelle avec une meilleure connaissance des capacités de Neptune_CFD pour les turbomachines en conditions diphasiques, et permettra par la même occasion d’alimenter la base de validation du code.

Les applications finales de ces travaux sont très diverses et peuvent concerner autant l’étude de transitoires accidentels de réacteurs nucléaires que l’optimisation de circuits de distribution d’hydrogène pour la mobilité. A noter que le/la stagiaire sera un(e) potentiel(le) candidat(e) à la thèse dont le démarrage est prévu en octobre 2023.

[1]    L. Matteo, “Modélisation unidimensionnelle du comportement d’une pompe rotodynamique en fonctionnement normal et accidentel“, Thèse de doctorat, 2019
[2]    W. Monte Verde et al., “Experimental study of gas-liquid two-phase flow patterns within centrifugal pumps impellers.” Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 85, July 2017

Etudiant/étudiante en Master 2 ou dernière année d'école d'ingénieur.

Compétences : anglais scientifique, mécanique des fluides, simulation numérique. Des connaissances en théorie des turbomachines et une expérience en calculs CFD seraient appréciées.