These-" cavitation : interaction onde-bulle et remontée d'échelle" f/h

THESE - Cavitation : Interaction Onde-Bulle et Remontée d'Échelle F/H

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Contexte

La cavitation apparaît dans un écoulement initialement en phase liquide lorsque la pression statique atteint localement la valeur de la tension de vapeur, du fait d’une dépressurisation ou d’une forte vitesse locale. Une partie de l’eau liquide change alors d’état et passe en phase vapeur. Les structures de vapeur ainsi créées sont convectées par l’écoulement jusqu’à des zones de plus forte pression, où elles implosent alors violemment, générant des fluctuations de pression, du bruit et des vibrations. Si l’implosion est suffisamment forte et suffisamment proche d’une paroi, elle peut endommager le matériau de la paroi, entraînant à terme son usure par enlèvement de matière, appelé érosion de cavitation. L’érosion de cavitation est un phénomène dimensionnant pour la conception de toutes les machines et composants hydrauliques et un mécanisme d’usure présent dans l’exploitation de ces matériels et générant des coûts de maintenance.

Les écoulements cavitants présentent une structure diphasique souvent très instable, avec des interfaces liquide-vapeur à travers lesquelles se produisent des transferts de masse, de quantité de mouvement et d’énergie. Le comportement turbulent du fluide est également modifié par la présence des zones de vapeur dans l’écoulement. La modélisation de tels écoulements à l’échelle « globale » de la machine se fait actuellement dans l’industrie par des codes de CFD (Computational Fluid Dynamics) qui permettent une première approche de la cavitation et une estimation qualitative de l’endommagement. En revanche, les phénomènes locaux, à l’échelle d’une bulle de cavitation, sont encore insuffisamment maîtrisés.


Objectifs et résultats attendus

* L’objectif principal de la thèse est de proposer un mécanisme fluide aboutissant à un chargement mécanique important (correspondant à un impact de l’ordre du GPa = 10 000 bars) lors de l’implosion d’une bulle de vapeur en proche paroi. Une hypothèse d’amplification de l’implosion d’une bulle de vapeur par des ondes externes pourra être explorée par l’étude numérique de l’interaction onde-bulle, à l’aide d’une version compressible de Code_Saturne, avec une modélisation diphasique homogène en fluide parfait, développée en interne du Département MFEE (Mécanique des Fluides, Énergie, Environnement) de EDF R&D.
* Le second objectif est de faire le lien avec l’écoulement à l’échelle de l’aube d’une pompe, en proposant une remontée d’échelle pertinente, pour passer de l’échelle « bulle » à l’échelle « pompe ». Le lien entre ces deux échelles est peu abordé dans la littérature et en interne, et l’approche doit donc être créée.


Partenaire académique, organisation et moyens

Le partenaire universitaire est le LEGI (Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels) de l’INP Grenoble, équipe Energétique. Le doctorant sera embauché sur contrat CDD-CIFRE par EDF R&D pour une durée de 3 ans.

Le/la candidat(e) doit être étudiant(e) en Grande École ou Master 2, avec une spécialité en mécanique des milieux continus ou mathématiques appliquées. Les compétences souhaitées incluent de solides bases en mécanique des fluides, mécanique des milieux continus, et en mathématiques appliquées (notamment méthode des volumes finis). Le travail nécessite une forte motivation pour la recherche, un bon sens de la physique, et des compétences en développement informatique dans un code de mécanique des fluides compressible diphasique homogène.

Une aisance en communication orale et écrite, ainsi que de bonnes compétences en anglais sont requises pour exploiter la bibliographie existante et publier des résultats de qualité. Le lieu principal de travail sera le site EDF R&D de Chatou, avec des déplacements réguliers à Grenoble. La thèse sera menée en collaboration avec Framatome Jeumont.

#J-18808-Ljbffr