Le code CATHARE est un outil de simulation thermohydraulique diphasique à échelle système [1] [2], permettant de réaliser des études de sûreté des réacteurs nucléaires en fonctionnement normal et accidentel. Dans ces circuits, les turbomachines jouent un rôle important.

Un modèle unidimensionnel (1D) de pompe rotodynamique a été développé au CEA entre 2015 et 2019 dans le cadre d’une thèse [3]. Ce modèle permet de prédire les performances d’une pompe en fonctionnement normal et dans des situations anormales (off-design, écoulements diphasiques), mais également de connecter la modélisation de la pompe à l’ensemble du circuit environnant si l’on souhaite mener des simulations à l’échelle du réacteur. Ce modèle a également déjà été validé pour la modélisation d’un compresseur radial, en fluide compressible et avec les lois des gaz réels grâce au couplage de CATHARE avec la librairie REFPROP [4]. Ce compresseur est le LSCC (Low-Speed Centrifugal Compressor) de la NASA, dont la géométrie est décrite dans la référence [5]. Lors d’un précédent stage, la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) ainsi que le maillage de la machine ont été réalisés à l’aide de la plateforme SALOME [6]. Dans une démarche de validation des modèles physiques implémentés, et en parallèle d’autres travaux de remontée d’échelle (3D CFD vers 1D), l’objectif de ce stage est de réaliser une étude 3D CFD monophasique du LSCC à l’aide de Code_Saturne [7]. Ensuite, une remontée d’échelle permettra d’utiliser les prédictions des codes CFD (calculs locaux 3D, maillage raffiné mais coût de calcul et d’implémentation importants) pour enrichir des modèles 1D (calculs unidimensionnels, maillage grossier mais calculs rapides et simples à mettre en œuvre). Ce processus permettra de consolider et valider les lois implémentées dans le modèle de pompe 1D. L’étude et la compréhension des phénomènes locaux pouvant apparaître dans ces compresseurs, en fluide compressible, permettront de mieux appréhender leur utilisation dans les applications décrites précédemment.

Le/la futur(e) stagiaire débutera par une synthèse des différents travaux réalisés autour de cette turbomachine à gaz. Il s’agira ensuite, après une prise en main sous SALOME du maillage déjà disponible de la machine, de réaliser des calculs 3D CFD monophasiques à l’aide de Code_Saturne. Les résultats obtenus seront comparés d’une part aux données expérimentales disponibles, notamment aux courbes de performance de la machine et aux différentes mesures locales réalisées dans la roue, et d’autre part à la modélisation 1D du code CATHARE, qui fournit également des profils de pression et de vitesse à l’intérieur de la machine. Enfin, au vu des résultats, une évaluation des modèles 1D de pompe sera menée à bien et des pistes d’amélioration pourront être proposées et faire l’objet de nouveaux développements dans CATHARE. L’ensemble de ce travail pourra contribuer à la rédaction d’un article de journal scientifique.

Etudiant/étudiante en école d'ingénieur (ou en master 2).

Des compétences en théorie des turbomachines et une expérience en calculs CFD seraient appréciées.