Instabilité, turbulence et contrôle

Ecoulements aérodynamiques

Ecoulements biologiques

Ecoulements pour la fusion magnétique

Hydrodynamique et transferts pariétaux

suite...

Instabilités, Turbulence et Contrôle
Présentation

L’équipe ITC développe une expertise en simulation numérique et analyse prédictive d’écoulements dans des domaines d'applications centrés sur l’aéronautique, la fusion, les écoulements pulmonaires et les transferts hydrodynamiques. Des méthodes numériques innovantes et optimisées y sont développées pour répondre à des enjeux scientifiques fondamentaux, des applications industrielles, et des problématiques sociétales actuelles.
L’équipe compte actuellement 10 chercheurs et enseignants chercheurs, et se structure autour de 4 axes de recherche :

Responsable

x >

Annuaire personnel permanent

x >

Doctorants, Post-Doctorants et CDD

x >

Dernières publications de l'équipe

  • M. Nguyen, J. Boussuge, P. Sagaut, J. Larroya-Huguet. Large eddy simulation of a thermal impinging jet using the lattice Boltzmann method. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2022, 34 (5), pp.055115. ⟨10.1063/5.0088410⟩. ⟨hal-03669901⟩ Plus de détails...
  • Rouae Ben Dhia, Nils Tilton, Denis Martinand. Impact of osmotic pressure on the stability of Taylor vortices. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2022, 933, pp.A51. ⟨10.1017/jfm.2021.1101⟩. ⟨hal-03533753⟩ Plus de détails...
  • X Litaudon, F Jenko, D Borba, D Borodin, B J Braams, et al.. EUROfusion-theory and advanced simulation coordination (E-TASC): programme and the role of high performance computing. Plasma Physics and Controlled Fusion, IOP Publishing, 2022, 64 (3), pp.034005. ⟨10.1088/1361-6587/ac44e4⟩. ⟨hal-03562886⟩ Plus de détails...
  • D. Galassi, C. Theiler, T. Body, F. Manke, P. Micheletti, et al.. Validation of edge turbulence codes in a magnetic X-point scenario in TORPEX. Physics of Plasmas, American Institute of Physics, 2022, 29 (1), pp.012501. ⟨10.1063/5.0064522⟩. ⟨hal-03566373⟩ Plus de détails...
  • M Scotto d'Abusco, G Giorgiani, J F Artaud, H Bufferand, G Ciraolo, et al.. Core-edge 2D fluid modeling of full tokamak discharge with varying magnetic equilibrium: from WEST start-up to ramp-down. Nuclear Fusion, IOP Publishing, 2022, ⟨10.1088/1741-4326/ac47ad⟩. ⟨hal-03509800⟩ Plus de détails...
x >

Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

8 décembre - Développement de la méthode de Lattice Boltzmann pour la simulation de l'aérodynamique interne des moteurs électriques / Soutenance de thèse Stéphane CAPITAINE-VAILLANT
Doctorant : Stéphane CAPITAINE-VAILLANT

Date : jeudi 8 décembre à 10h00 ; Centrale Marseille, La Jetée, salle 014

Résumé : L'électrification croissante du parc automobile fait apparaître de nouveaux verrous technologiques. Parmi eux, le refroidissement des moteurs électriques est étudié activement. Cet intérêt est induit par une forte demande de compacité et de puissance des moteurs électriques en vue de leur intégration dans un groupe moto-propulseur d’un véhicule. Les méthodes classiques de CFD basées sur la résolution des équations de Navier-Stokes, de par la complexité des écoulements étudiés (écoulements de Taylor-Couette turbulents avec une vitesse de rotation élevée), montrent leur limitation d'un point de vue du temps de calcul. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'étudier et de développer la méthode Lattice Boltzmann (LBM) dans le cas de l'aérodynamique interne des moteurs électriques, et plus particulièrement des échanges thermiques des zones fluides. Dans un premier temps, le contexte du sujet de thèse sera détaillé, avec notamment une description du refroidissement des moteurs électriques. Sera aussi présentée une étude bibliographique des écoulements de Taylor-Couette. Ensuite, une description de la LBM sera donnée. Les conditions limites, sujet non trivial pour cette méthode basée sur des variables mésoscopiques, sont abordées par la suite. Un état de l'art sur ce sujet permet de sélectionner les méthodes existantes les plus adaptées à la configuration étudiée. Les résultats des calculs lancés sur configurations académiques pour sonder la capacité de la LBM à simuler ces écoulements sont alors discutés et analysés. Pour finir, la dernière partie est consacrée à l'étude d'un cas industriel grâce à la méthodologie mise en place au préalable. 

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
Rapporteur M. Nicolas GOURDAIN ISAE-Supaero
Rapporteur M. Adrien TOUTANT Université de Perpignan
Examinateur Mme Lucie MERLIER Université Claude Bernard Lyon 1
Examinateur M. Nicolas GOURDAIN Université de Toulouse
Examinateur M. Julien FAVIER Aix Marseille Université
Co-encadrant de these M. Julien BOHBOT IFPEN

1er décembre - Méthode de Boltzmann sur réseaux hybride: application aux écoulements compressibles complexes / Soutenance de thèse Thomas CORATGER
Doctorant : Thomas CORATGER

Date : jeudi 1er décembre à 14h00 ; amphi.3, Centrale Marseille

Résumé : Le développement de la dynamique des fluides par des méthodes numériques a connu, durant les dernières décennies, un essor incontestable. Cela s'explique en grande partie par l'augmentation considérable des moyens de calcul, aidant les ingénieurs désireux de construire et d'étudier des nouveaux systèmes physiques. Les systèmes construits se doivent d'être les plus performants possibles afin de limiter les coûts mais également l'empreinte environnementale. L'optimisation des rendements est donc au centre des préoccupations de nombreux industriels. Expérimentalement, la réalisation de modèles à taille réelle est souvent coûteuse, ce qui rend ce type d'étude peu rentable. C'est la raison pour laquelle les outils numériques sont de plus en plus exploités pour les phases de recherche et développement au sein de la plupart des entreprises. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans cette démarche de modélisation des systèmes physiques et décrivent une méthode numérique innovante pour la résolution des équations de conservation relatives à la mécanique des fluides dans le cas des écoulements compressibles. Dans un premier temps, les fondements théoriques de la mécanique des fluides et de la thermodynamique sont exposés. Les avantages d'une résolution numérique sont illustrés avec une mise en avant de la théorie cinétique des gaz. A partir de cette introduction, la méthode de Boltzmann sur réseaux est introduite en tant qu'outil de modélisation limité aux écoulements incompressibles. Pour répondre à cette problématique, une dérivation rigoureuse du modèle compressible est présentée. Ce dernier se base sur un réseau incluant uniquement les plus proches voisins avec un couplage à une équation d'énergie résolue par une combinaison des méthodes volumes finis et différences finies. La démonstration s'appuie sur un développement de Taylor de l'équation de Boltzmann discrétisée. Un ensemble de caractéristiques, permettant de satisfaire les équations de Navier Stokes tout en stabilisant le modèle et en éliminant les modes non-hydrodynamiques, est présenté. Ce modèle est ensuite testé sur plusieurs applications présentant une complexité croissante. Pour cela, des ingrédients numériques, nécessaires à toute simulation compressible complexe, sont ajoutés au fur et à mesure. La mise en place de conditions aux limites, d'une méthode capture des chocs, de raffinements de maillages et d'un modèle de turbulence ont ainsi permis la simulation d'une aile Onera M6 entourée par un écoulement compressible et turbulent. Les propriétés de conservativité dans le cas de chocs forts sont ensuite étudiées et le modèle initial est modifié. Basée sur les caractéristiques du système d'Euler et sur un couplage fort avec les flux numériques de masse et de quantité de mouvement issus de la méthode de Boltzmann sur réseaux, un schéma conservatif pour l'équation d'énergie est dérivé. Il est évalué via un ensemble de tests complexes où ses propriétés conservatives sont largement mises en avant. Ce travail se termine par une étude du traitement des conditions aux limites liées à la méthode compressible. Les défauts de la méthode d'interpolation des variables macroscopiques sur les noeuds proches des parois initialement proposée sont mis en avant et certaines pistes d'amélioration sont proposées. Elles se basent notamment sur les fonctions de distribution propres à la méthode de Boltzmann sur réseaux et sur une résolution par volume finis sur les cellules les plus proches de la paroi. Cette approche a pour objectifs principaux de préserver la masse globale du fluide et de résoudre plus clairement les équations de conservation sur ces cellules particulières en se servant de points fictifs à l'intérieur du domaine solide.

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Pierre BOIVIN M2P2
Rapporteur M. Aziz HAMDOUNI La Rochelle Université
Rapporteur M. Florian DE VUYST UT Compiègne
Examinateur Mme Maria VITTORIA SALVETTI Università di Pisa
Examinateur M. Sébastien DECK ONERA, Meudon
Examinateur M. Lionel LARCHEVêQUE Aix-Marseille Université
Président M. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers
25 novembre - Characterization of magma flows through debris during an accidental transient / PhD defense Juliana GARCIA SARMIENTO
Doctorante : Juliana GARCIA SARMIENTO

Date : friday 25 novembre à 14h00 ; salle 220, Centrale Marseille

Abstract : The studies related to nuclear safety are of great importance as well as immense complexity. From theoretical models to experiments, researchers try to understand the behaviour of the reactor core in case of a severe accident to prevent major complications. Thanks to the versatility of numerical methods and to the increase of computational power in the last decades, it is now possible to address some of the most complex issues of severe accidents numerically. One of the recent proposals is the Lattice Boltzmann Method (LBM) whose fundamental principles are based on the kinetic nature of fluids in the mesoscopic scale, leading to a new and generally faster approach for solving fluid flows. In this work, we propose a coupled lattice Boltzmann method (LBM) and finite volume method (FVM) for the simulation of the evolution of molten materials in the degraded core in a nuclear Pressurized Water Reactor (PWR) after an accidental loss of cooling and possible collapse of the internal structures. There are two main models: a Free Surface LBM that handles the hydrodynamics of the two-phase flow (gas and liquid corium) by neglecting the influence of the gas (due to the high density ratio and high viscosity ratio) and a FVM that is in charge of the heat transfers in the system. The LBM is written in the PELICANS framework, whereas the FVM is part of the CALIF3S software, both developed at IRSN. Phase change processes (solidification or melting) are addressed by implementing a correlation between the temperature and the viscosity. The proposed model is validated, first with an isothermal single-phase implementation, then with the Free Surface model for isothermal two-phase flow. Afterwards, the thermal coupling is performed and validated with some single-phase non-isothermal configurations and finally the complete coupled model is presented. Validations are presented and several calculations are performed trying to get as close to real geometry and conditions as possible, such as a configuration with several fuel rods or with a debris bed. The scope of this work aims at building a solid numerical tool for the investigation of the progression of the molten corium during a severe accident. In its present state of development, the model is able to deal with the flow of a droplet or a liquid film over surfaces or obstacles, with heat transfer and solidification or melting. It is implemented in 2D but most of the functionalities may be used in 3D after minor modifications. This will allow to predict the possible configurations of the core materials that may exist at different stages of an accident and to estimate if a fast and effective cooling of those configurations could be obtained (or not) by injection of water. 

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
Rapporteur M. Florian DE VUYST Université de Technologie de Compiègne
Rapporteur M. Romain LE TELLIER CEA Cadarache
Examinateur Mme Lucie MERLIER INSA Lyon
Examinateur Mme Pascale AUSSILLOUS Aix-Marseille Université