THESE-" cavitation : interaction onde-bulle et remontée d'échelle" F/H (2025-141198)

Description de l'offre

Description de l'offre

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.

Objectif et résultats attendus:

- L’objectif premier 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. Pour cela, des simulations 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, Energie, Environnement) de EDF R&D.

- Le second objectif de la thèse 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 les deux échelles a très peu été abordé jusqu’à maintenant, dans la littérature et en interne. L’approche est donc essentiellement à créer.

Partenaire académique, organisation et moyens:

Le partenaire universitaire est le LEGI (Laboratoire des Ecoulements 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.

Profil souhaité

Le-la candidat-e doctorant-e sera étudiant-e de Grande école ou Master2, spécialité mécanique des milieux continus ou mathématiques appliquées.

Les compétences souhaitées sont de solides bases en mécanique des fluides et mécanique des milieux continus, ainsi qu’en mathématiques appliquées (méthode des volumes finis notamment). Le travail exige une forte motivation pour l’activité de recherche, un bon sens de la physique et implique des développements informatiques dans un code de mécanique des fluides compressible diphasique homogène.

De plus, l’aisance dans la communication orale et écrite est requise, ainsi que de bonnes compétences en anglais pour tirer parti de l’importante bibliographie existante et permettre des publications de qualité.

Le lieu de travail du doctorant sera essentiellement le site EDF R&D de Chatou, avec des déplacements réguliers à Grenoble auprès du laboratoire universitaire.

La thèse est également menée en collaboration avec Framatome Jeumont.