Thèse CIFRE – Simulation numérique à l’échelle locale de l’ébullition nucléée en écoulement F/H

La crise d’ébullition (Departure from Nucleate Boiling, DNB) est un phénomène physique clé pour la conception thermo-hydraulique des assemblages. Elle correspond à la transition entre deux régimes de transfert de chaleur entre la surface du crayon et l’eau de refroidissement ; cette transition se caractérise par une réduction soudaine et importante du coefficient de transfert thermique conduisant à une augmentation brusque de la température de la gaine du crayon pouvant conduire à sa détérioration. La modélisation des phénomènes d’ébullition à l’échelle macroscopique a fait l’objet de nombreux travaux dans la littérature, mais la modélisation CFD à l’échelle microscopique reste très complexe (des travaux de modélisation existent en eau calme dans [1] et [2] par exemple).

L’objectif de cette thèse est de développer un modèle CFD à l’échelle de la bulle avec le logiciel StarCCM+ dans des conditions représentatives du fonctionnement réacteur. Des simulations numériques directes (DNS) permettront d’accéder aux échelles microscopiques. L’interface entre le liquide et la vapeur sera explicitement capturée par la méthode VOF (Volume Of Fluid), ce qui permettra de suivre la création, le grandissement et le déplacement des bulles dans le liquide le long de la paroi chauffée.

Ce travail de thèse sera réalisé avec les laboratoires LMFA et CETHIL, INSA Lyon (les encadrants universitaires principaux seront : Pierre Trontin, Valéry Botton et Jocelyn Bonjour).

Pour remplir l’objectif de la thèse, il sera nécessaire :

–          D’effectuer un état de l’art de l’existant et de prendre en main des modèles préalablement développés par Framatome,

–          D’adapter les modèles aux conditions requises dans le but de les comparer à des données expérimentales disponibles dans la littérature et en interne,

–          D’effectuer des analyses de sensibilité aux paramètres des modèles pour comprendre la phénoménologie à l’échelle microscopique,

–          De synthétiser l’ensemble des conclusions dans un modèle permettant des analyses fines à l’échelle de la bulle.

[1] Sato, Niceno, Smith, Departure from nucleate boiling (DNB) simulations based on an interface tracking method, NURETH-18, Portland, OR, August 18-22, 2019

[2] Lahey, Baglietto, Bolotnov, Progress in multiphase computational fluid dynamics, Nuclear Engineering and Design, 2021

Localisation et durée de la thèse :

Le dossier du candidat retenu sera déposé pour le projet de thèse auprès de l’ANRT (Association Nationale de la Recherche et de la Technologie) et, suite à acceptation de ce dernier, le candidat sera embauché par Framatome en CDD (thèse CIFRE) pour une durée de 36 mois. Le poste sera basé au laboratoire LMFA à l’INSA Lyon avec des déplacements ponctuels au sein de Framatome Lyon pour le suivi du travail et les obligations propres à l’unité de rattachement. 

Etudiant(e) en dernière année de master ou d’école d’ingénieur avec une dominante en mécanique des fluides, hydraulique, thermique et simulation numérique, vous avez de solides connaissances en méthodologies CFD. La pratique d’un logiciel comme StarCCM+ ou Fluent est un pré-requis.

Vous avez le goût de la technique et la volonté de vous développer dans un environnement industriel exigeant. Vous êtes autonome, rigoureux et appliqué et avez un intérêt pour l’organisation de projets (livrable, traçabilité des résultats, présentation au comité de suivi, compte-rendu de réunion).

La maîtrise de l’anglais est indispensable.

Specialization: R3 - Performance of R&D projects

Level of education (all) Master

Place: France, Auvergne-Rhône-Alpes, Rhône (69), Lyon

Travel: Occasionally

Employment level: Cadre

Position under administrative investigation: Oui

Item subject to export control authorization: Oui