Recrutement

Thèse / PhD : Études numériques et expérimentales d’écoulements cycloniques

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Sujet

Ce sujet de thèse répond à la demande de STIVENT INDUSTRIE, spécialisée dans la conception, la fabri- cation et l’installation d’équipements de traitement et de dépoussiérage industriel.
L’ensemble de ces produits nécessite l’emploi de filtres de tailles importantes dont le démantellement et le recyclage s’avèrent être deux tâches régulières et délicates.
Afin de limiter l’encrassement des filtres, et donc de réduire la fréquence de maintenance et de limiter la pollution engendrée par le démantellement, une solution consiste à effectuer une étape de pré-filtrage grâce à un séparateur gaz-solide de type séparateur cyclonique.
L’objectif de la thèse sera d’effectuer une étude d’optimisation du séparateur cyclonique. Cette étude numérique sera effectuée avec le logiciel OpenFOAM. Le verrou principal sera la détermination du modèle permettant de représenter fidèlement la dynamique des particules considérées. Une étude expérimentale est également prévue dans le but de valider l’efficacité du séparateur.

Accueil

Université : Université Polytechnique des Hauts de France
École doctorale : EDSPI, école doctorale sciences pour l’ingénieur,
Université de Lille Nord-de-France Laboratoire d’accueil : LAMIH, département mécanique

Simulation numérique d’impact liquide avec OpenFOAM (SPH)

Ce stage s’inscrit dans la suite des travaux de la thèse de Xuezhou Lu [1]. Le but était de simuler les impacts de vagues, ou plutôt d’événements extrêmes sur des parois de systèmes de récupération énergie marine houlomoteur. Or, d’un point de vue plus académique, nous souhaiterions travailler sur l’impact d’un rectangle de fluide en 2 dimension sur une paroi. Il existe un très beau travail théorique sur ce sujet réalisé par Arthur Dyment et présenté dans la Congrès Français de Mécanique en 2013. La Figure 1 présente une schématisation du travail analytique de Dyment [2]. Meringolo et al. [3] (cf. Figure 1), et plusieurs autres , ont aussi publié sur ce sujet. Néanmoins, une analyse physique de chaque terme reste toujours à faire et une comparaison avec les résultats analytiques de Dyment [2] serait aussi très intéressante.
De plus, la célérité du son dépend, entre autre, de la quantité d’air dissout dans l’eau. Sachant que des bulles d’air sont piégées dans l’eau au moment de l’impact, cet aspect peut aussi modifier la dynamique de l’impact. Nous souhaitons utiliser le logiciel OpenFOAM, plus précisément un code SPH implémenté dans OpenFOAM lors d’un projet LABEX EMC3. OpenFOAM est une boite à outils logicielle permettant des simulations multiphysiques, développée par Jasak [4]. Une comparaison des résultats SPH (sous OpenFOAM) et avec ceux du solveur Volume-of-Fluid (Vof) classique d’OpenFOAM (solveur InterFOAM) est aussi éventuellement possible.
Ce stage se déroulera au sein de l’équipe hydrodynamique du LOMC de l’Université du Havre Normandie.
Différentes étapes du stage :

  1. Familiarisation avec le logiciel OpenFOAM. Bibliographie sur la méthode SPH.
  2. Prise en main du code SPH développé sous Open-Foam.
  3. Mise en place de la configuration d’impact.
  4. Tester différentes conditions afin de modéliser au mieux l’impact.
  5. Simulation numérique d’impacts en faisant varier les paramètres physiques, notamment la célérité du son.
  6. Comparer et analyser les résultats obtenus avec différents résultats théoriques et autres simulations numérique de la littérature [3].
  7. Si ce travail est effectué rapidement, une seconde partie serait d’utiliser le solveur InterFOAM (VoF) pour comparer les résultats.
  8. Écriture du rapport.

Profil recherché
Étudiant (M2 ou BAC+5) en dynamique des fluides, informatique scientifique et/ou ma- thématiques intéressé par les aspects recherches.

Lieu du stage
Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (UMR 6294 CNRS – Université du Havre). 53, rue de Prony – BP 540 – 76058 Le Havre Cedex

Durée du stage
4 à 6 mois

Gratification
≈ 550 e/mois

Pré-requis
C++, GNU/Linux, Latex. Et un bon niveau en anglais est souhaité.

Contact
Pinon Grégory – Maître de Conférences – Université du Havre/LOMC +33 (0)2 35 21 71 23 – gregory.pinon@univ-lehavre.fr

Jan 2019 – PhD / Thèse : Simulation numérique des jets de gouttes pour les injecteurs essence multitrous

La formation du mélange dans les moteurs à allumage commandé est un ensemble de processus physiques extrêmement complexes.

La thèse abordera ce problème par la modélisation et la simulation numérique fluide : L’approche moyenne RANS (« Reynolds Averaged Navier-Stokes ») est bien adaptée à un calcul rapide mais recalibré, non completement prédictif. L’approche LES (« Large Eddy Simulation ») est bien adaptée à un calcul du jet de gouttes dans des conditions de validation prototype (chambre de contrepression sans piston par exemple). Ce calcul peut être prédictif

Dans les deux cas la simulation numérique de jet de gouttes doit prendre en compte l’aspect multiphysique (écoulement fluide, thermique, changement de phase) et l’aspect multi-échelles : les phénomènes à l’échelles de la goutte sont considérés par des sous-modèles. La thèse de F. Giussani s’est focalisée sur les simulations air-vapeur-liquide dans la buse d’injection (Piscaglia et al.,2018 ; Giussani et al., 2019), simulations dont le résultat est la condition limite d’entrée possible des simulations de spray, et qui ont été validées sur des cas de buse transparentes (voir figure ci-dessous).

Les points clefs à lever vont être :

  1. Les conditions transsoniques (très haute pression) : les sous-modèles devront être revus en conséquence si besoin.
  2. L’interaction jet à jet, précédemment abordée avec succès (Thèse CIFRE de M Khan et al., 2012-2015), devra être reprise et étendue aux nouvelles conditions. En particulier, des perspectives de modélisation intéressante ont été entrevues dans les travaux précédents sur l’entrainement d’air autour d’un jet, puis dans un ensemble de jets de gouttes.
  3. Les conditions transitoires ont été abordées jusqu’à présent uniquement via une recalibration numérique tenir compte de l’ouverture et de la fermeture de l’injecteur, ou pour tenir compte de conditions non-usuelles, telles qu’un déplacement non-centré de la buse d’injection. Cette approche empirique doit être progressivement remplacée par une approche prédictive.

 

La thèse n’est pas orientée vers l’implémentation numérique de modèles, cet aspect étant un sujet en soit. Basée sur les développements précédents, elle se focalisera sur l’interaction entre sous-modèles, l’analyse de sensibilité et le travail des conditions aux limites (conditions d’entrée).

La maitrise des incertitudes (constantes des modèles, erreur de mesures, variabilité dans les prototypes) doit permettre de proposer une approche robuste et mathématiquement cohérente par une approche stochastique type bayésienne ou chaos polynomial.

Le logiciel retenu est le logiciel opensource OpenFoam, une utilisation du logiciel commercial (boite noire) est envisagé pour les applications RANS applicatives.

Le caractère industriel de la thèse CIFRE sera proposé 1) durant un temps limité (quelques mois au total pour toute la thèse) où le doctorant sera inséré dans un contexte industriel pour supporter une équipe projet où il pourra appliquer les méthodes développées 2) répondre à des questions applicatives émergeant durant le cours de la thèse où il pourra amener son expérience et les outils qu’il aura développé.

Début : juin 2019

Profil : ingénieur Mécanique des fluides, dominante numérique

Candidatures : CV + lettre de motivation à jerome.helie@continental-corporation.com