Simulation Numérique Directe Dns d'Essaims de Bulles Fortement Concentrés avec Triocfd H/F - CEA

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 coeur 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

Contexte
Pour évaluer la sûreté d'installations industrielles, le CEA développe, valide et utilise des outils de simulation en thermohydraulique. Il s'intéresse en particulier à la modélisation des écoulements diphasiques eau-vapeur par différentes approches de la plus fine à la plus intégrale. Afin de mieux comprendre les écoulements diphasiques, le laboratoire travaille à la mise en place d'une démarche multi-échelles où la simulation fine (DNS, Simulation Numérique Directe diphasique) est utilisée comme « expérience numérique » pour produire des données de référence. Ces données sont ensuite moyennées pour être comparées aux modèles utilisés à plus grande échelle. Cette démarche est actuellement appliquée aux écoulements diphasiques à bulle peu concentrés (« taux de vide » inférieur à 12%). Les effets collectifs en essaims de bulles sont déjà très marqués, et des modèles moyennés sont développés pour des approches plus industrielles.
Le laboratoire LDEL a développé une méthode de simulation fine diphasique (Front-Tracking). Lors de plusieurs thèses, cette méthode a permis de réaliser des simulations massivement parallèles pour décrire finement les interfaces sans recourir à des modèles, par exemple dans des groupes de bulles (appelés essaims) [2][3].

Objectifs
L'objectif du stage sera de poursuivre l'évaluation de l'outil de suivi d'interface à plus fort taux de vide. Des simulations HPC de référence d'un essaim de bulles (adiabatique) dans un petit domaine et avec une très bonne résolution des interfaces (40 mailles ) seront menées sur des supercalculateurs nationaux en augmentant le taux de présence de gaz de 10 à 40% environ. La convergence en maillage, la sensibilité aux paramètres numériques et les performances et la robustesse du code seront évaluées. Une analyse physique détaillée des interactions entre bulles sera menée, pour comprendre l'influence du taux de vide sur les sillages, les fluctuations et déformations des bulles, etc. Ce travail constituera une base à un sujet de thèse financé par l'ANR, en collaboration avec l'IMFT et le LMFL.
Les travaux incluent des aspects numériques avec la validation de la méthode numérique ainsi que des aspects physiques avec l'analyse des écoulements obtenus par simulations massivement parallèles. Peu de développements informatiques sont prévus.
L'étudiant sera accueilli au Laboratoire de Développement aux Echelles Locales (LDEL) au sein d'un groupe de chercheurs dynamiques et de nombreux doctorants, en collaboration avec l'IMFT et le LMFL.
Les travaux incluent des aspects numériques et physiques avec l'analyse et la validation des simulations. Peu de développements informatiques sont prévus.

[1] TrioCFD webpage : [link]
[2] A. du Cluzeau. Modélisation physique de la dynamique des écoulements à bulles, 2019. Français. NNT : 2019PERP0012. [link].
[3] G. Ramirez. Dynamique spectrale de l'interaction entre l'agitation induite et turbulence [link]