Le présent stage s’inscrit dans le contexte du développement du code de thermohydraulique CATHARE, permettant de réaliser des simulations d’écoulements monophasiques et diphasiques à l’échelle système et utilisé pour les études de sûreté des réacteurs nucléaires français, en fonctionnement normal et accidentel. De base, ce code résout un système à 6 équations. Dans chaque cellule, on considère la présence de 2 phases, une liquide et une gazeuse. Pour chacune de ces phases, on applique 3 équations de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie). CATHARE dispose ensuite d’une carte d’écoulement permettant, en fonction des paramètres physiques, de définir les conditions d’écoulement et la répartition du liquide entre une phase continue et une phase dispersée.

CATHARE code dispose d’une option, permettant de passer à un système à 9 équations, en séparant la phase liquide continue de la phase liquide dispersée. Dans cette seconde phase, des lois physiques sont modifiées pour prendre en compte le comportement particulier des gouttes dans les conduites. Une de ces lois va notamment nous intéresser pour ce stage, la loi de frottement entre les gouttes et le gaz, et plus particulièrement le coefficient de traînée.

Actuellement, ce coefficient est basé sur les modèles de Clift et Gauvin d’écoulement autour d’une sphère rigide. Si ces modèles sont transposables des sphères rigides aux gouttes pour de faibles nombres de Reynolds, cela n’est plus le cas lorsque Re>500.

C’est dans ce contexte que ce stage intervient.

Objectifs

L’objectif de ce stage sera de mettre en place une simulation numérique pour étudier le coefficient de traînée entre une goutte et de l’air afin de le code, puis de l’étendre aux cas eau/vapeur. L’étudiant devra mettre en place un plan d’expérience numérique afin d’identifier les grandeurs pertinentes à mesurer dans sa simulation, pour ensuite exploiter les résultats ainsi obtenus.

Il faudra au préalable réaliser une étude bibliographique afin d’avoir une meilleure vision de ce qui existe, notamment dans le cadre de chute libre de goutte et qui pourront ainsi servir de validation des simulations numériques. On dispose actuellement de quelques articles dans la littérature concernant la chute de goutte. A charge pour l’étudiant de partir de ces articles et d’étendre l’étude bibliographique.

Si le temps le permet, en fin de stage, l’étudiant pourra implémenter son modèle dans le code CATHARE et ainsi voir son impact sur le code à échelle système.

Environnement de travail

Ce stage est proposé au Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), centre de recherche français, et plus particulièrement au sein de la Direction des EnergieS (DES), au Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S). Le Laboratoire de Modélisation et simulation à l'Echelle Système (LMES), accueillant le stage, est en charge du développement et de la validation du code CATHARE.

En dernier année d'étude scientifique, le candidat doit avoir les qualités suivantes:

·       Mécanique des fluides (hydraulique, dynamique des fluides)

·       Programmation informatique (Python, C/C++, script shell, etc.)

·       Une bonne maîtrise de l’anglais (scientifique) et du français est nécessaire

·       Des connaissances sont attendues sur les différentes approches de modélisation en thermohydraulique (DNS, RANS, Système)

·       La connaissance des systèmes GNU Linux est un plus