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.
Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.
Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité
Référence
2023-28786
Description de l'unité
Le DM2S développe des outils de simulation pour la conception et l'évaluation de systèmes dans les disciplines de base du nucléaire, i.e. thermohydraulique, thermomécanique et neutronique, toutes filières confondues. Il s'appuie pour cela sur des essais et des plateformes logicielles, développées en interne ou en partenariat.
Il les met en œuvre dans le cadre d'études, notamment dans les domaines de la physique des réacteurs, de la tenue mécanique et de l'intégrité des structures des installations nucléaires sous sollicitations et de la conception de systèmes de nouvelle génération.
Au sein du DM2S, le Service de Thermohydraulique et de la Mécanique des Fluides (STMF-115 personnes) :
• conçoit, développe et qualifie les logiciels de simulation de la thermohydraulique et de la mécanique des fluides pour les réacteurs et installations nucléaires aux différentes échelles ;
• conçoit et réalise des programmes expérimentaux en support à la compréhension des phénomènes et à la validation des modèles physiques implantés dans les logiciels ;
• réalise les études et expertises qui lui sont confiées pour des applications nucléaires et quelques- unes hors nucléaire dans le domaine énergétique.
Le Laboratoire de Modélisation et Simulation en mécanique des Fluides (LMSF, 20 collaborateurs en CDI) met au point des modélisations physiques et des applications logicielles nécessaires pour la simulation à l'échelle locale de la mécanique des fluides.
Description du poste
Domaine
Mathématiques, information scientifique, logiciel
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
Étude de la dynamique de l'assemblage combustible sous écoulement et excitation mécanique externe H/F
Sujet de stage
Ce sujet de stage prend place dans le cadre de l'étude de la dynamique de l'assemblage combustible sous écoulement et excitation mécanique externe (de type séisme en particulier). Des résultats expérimentaux sont disponibles via les boucles hydrauliques HERMES (échelle réelle) ou ICARE (échelle réduite) sur le centre de Cadarache, de même que des modèles macroscopiques (homogénéisation, milieux poreux) reproduisant les phénomènes prépondérants et permettant des simulations à l'échelle du cœur [1].
La maturité de la simulation numérique et les performances des clusters permettent aujourd'hui de mener des simulations à une échelle intermédiaire entre l'expérience et les modèles actuels, en représentant directement en 3D un assemblage à l'échelle réduite et le fluide turbulent environnant. La problématique qui en découle est le couplage hydraulique-mécanique dans le cœur, dans des situations évoquées ci-dessus où les assemblages ou les crayons combustibles subissent un mouvement imposé.
Durée du contrat (en mois)
6
Description de l'offre
La stratégie de couplage fluide-solide retenue porte sur une approche partitionnée, où le système couplé est résolu à chaque pas de temps sous-système par sous-système, successivement ou itérativement, et des variables sont échangées à l’interface fluide-solide. Afin de suivre l’interface fluide-solide, la méthode Arbitrary Lagrange-Euler (ALE) est utilisée [2]. A cela s'ajoute un algorithme de couplage temporel assurant la stabilité et la précision de la solution globale en gérant également les échelles de temps multiples entre fluide et structure pour une meilleure efficacité de la résolution.
Objectifs
Le sujet propose de valider la stratégie de couplage partitionnée d’une part sur de configurations académiques issues de la littérature, et d’autre part via la simulation des essais ICARE (assemblage, taille réduite). Le niveau de détail pour la structure est une représentation 3D surfacique de chacun des crayons. Les grilles sont à modéliser avec des hypothèses (encore à définir dans le travail proposé) pour respecter leur impact sur l’écoulement et leur comportement mécanique sans contraindre de manière excessive le maillage du domaine fluide. Une modélisation URANS de la turbulence de l’écoulement fluide incompressible est envisagée pour offrir le niveau de fidélité suffisant pour les forces fluides tout en maintenant un temps de simulation raisonnable.
Ces simulations contribueront également à la compréhension de l’amortissement induit par le fluide en écoulement autour d’une structure sur ses caractéristiques vibratoires, l'influence des grilles et de la vitesse de l’écoulement sur les caractéristiques de la force fluide (masse, raideur et amortissement ajoutés) [3].
Références:
[1] Numerical implementation and validation of a porous approach for fluid-structure interaction applied to pressurized water reactors fuel assemblies under axial water flow and dynamic excitation, V. Faucher, G. Ricciardi, R. Boccaccio, K. Cruz, T. Lohez, S. A. Clément, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 122(10), 2021.
[2] A computationally efficient dynamic grid motion approach for Arbitrary Lagrange-Euler simulations, A. Leprevost, V. Faucher, and M. A. Puscas, Fluids, 8(5), 2023.
[3] Viscous theory for the vibrations of coaxial cylinders. Analytical formulas for the fluid forces and the modal added coefficients, R. Lagrange and M. A. Puscas, Journal of Applied Mechanics, 90(6), 2023.
[4] FVCA8 Benchmark for the Stokes and Navier-Stokes equations with the TrioCFD Code. Finite Volumes for Complex Applications VIII - Methods and Theoretical Aspects., 2017, P.-E. Angeli, M. A. Puscas, G. Fauchet, and A. Cartalade(http://triocfd.cea.fr/).
[5] EUROPLEXUS: A computer program for finite element simulation of fluid-structure systems under transient dynamic loading–user’s manual (http://www-epx.cea.fr/).
Moyens / Méthodes / Logiciels
Codes de calcul: TrioCFD pour le fluide, EUROPLEXUS pour la structure
Profil du candidat
Compétences requises ou souhaitées
Le stage est proposé aux étudiants ayant une formation en mécanique des fluides et modélisation de la turbulence, et avec éventuellement des connaissances en mécanique des structures. Une première pratique de codes CFD serait la bienvenue. De bonnes capacités de rédaction seront très appréciées.
Profil recherché
Niveau Bac+5 (3ème année d’école d’ingénieur ou Master 2).
Localisation du poste
Site
Saclay
Localisation du poste
France, Ile-de-France, Essonne (91)
Ville
Saclay
Critères candidat
Diplôme préparé
Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs
Possibilité de poursuite en thèse
Oui
Demandeur
Disponibilité du poste
01/02/2024
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