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Thèse CIFRE : Modélisation multi-échelles des écoulements diphasiques H/F

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Fluid Mechanics Chateaufort / Magny Les Hameaux , Ile de France , France CIFRE Full-time Master Degree First experience French Fluent English Fluent
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Job Description

Les écoulements diphasiques jouent un rôle majeur dans de multiples composants des moteurs aéronautiques. La maîtrise de ces écoulements est un enjeu crucial pour assurer les niveaux de rendement ainsi que l'opérabilité des différents modules. Par exemple, dans une boîte de réduction, la circulation globale de l'huile doit être optimisée afin de réduire les pertes visqueuses liées à la présence de la phase liquide. De même, dans les chambres de combustion, la qualité de l'atomisation du spray influence au premier ordre l'homogénéité du mélange entre l'air et le carburant et l'opérabilité du moteur.

Depuis plusieurs années, le CORIA et Safran Tech développent une méthodologie Haute-Fidélité LES basée sur une approche de capture d'interface et d'Adaptation de Maillage Dynamique (Janodet et al. 2021) dans la plateforme YALES2. Cette approche permet de décrire de façon fiable les instabilités à l'origine de l'éventuelle atomisation de l'interface. En complément de cette approche, Safran cherche à se doter d'une stratégie à coût de calcul réduit afin d'être utilisée dans les Bureaux d'Etude en phase d'optimisation de design. Dans ce contexte, la thèse proposée consiste à développer une nouvelle approche permettant de décrire la dynamique globale d'écoulements diphasiques complexes avec un niveau de fidélité et un coût de calcul maîtrisé. Pour les deux applications visées, la méthode devra décrire les caractéristiques macroscopiques de l'écoulement diphasique à savoir : sa trajectoire, sa forme et sa cohérence.

Pour atteindre cet objectif, plusieurs modélisations alternatives aux méthodes volumes finis sont envisagées. La première est une approche hybride basée sur une représentation Lagrangienne type SPH (Shadloo et al., 2016) de la phase liquide et une description Eulérienne de la phase gazeuse. Le couplage entre méthode Lagrangienne et Eulérienne permet de transporter à un coût de calcul réduit (sans adaptation de maillage) l'interface tout en conservant une description fiable de l'écoulement gazeux. La description des effets de tension de surface sera un point d'attention de la méthode. La seconde stratégie que l'on cherchera à explorer est une approche dite codimensionnelle (Zhu et al., 2014). Cette approche repose sur une description différenciée des diverses topologies d'interface : une goutte est représentée par un point, un ligament par un segment, un film par un ensemble de triangles, et un cœur dense par un assemblage de tétraèdres. Le défi dans cette approche est de résoudre les équations de Navier-Stokes avec tension de surface sur des éléments géométriques de dimension variable. Les deux approches seront utilisées dans des simulations instationnaires 3D de géométries complexes sur des super-calculateurs massivement parallèles. Un travail important d'optimisation de la méthode, en particulier via l'implicitation de l'avancement temporel et en assurant la répartition de la charge sur les processeurs, sera indispensable.

Complementary Description

La thèse se décompose en trois parties :
i. La dérivation, l'implémentation et le test sur des configurations canoniques des différentes approches de modélisation envisagées.
ii. L'optimisation des méthodes et l'implicitation de l'avancement temporel, suivis par la mesure des erreurs et des performances.
iii. La validation des méthodologies sur des cas de complexité graduelle ainsi que l'application sur des cas industriels représentatifs.

Job Requirements

Ingénieur ou master avec des compétences en mécanique des fluides et un goût prononcé pour le développement, les méthodes numériques, la modélisation et la simulation HPC.

Il est attendu une maîtrise :
- du développement logiciel dans un contexte HPC et des méthodes numériques avancées pour la simulation haute-performance.
- du Fortran orienté objet, de Python et de l'environnement Linux
- rédactionnelle de contenus techniques en anglais.

Autres compétences appréciées :
• connaissance des technologies des turbomachines (ex : bibliographie, stage, projet étudiant, etc.)
• expérience du développement dans un logiciels CFD avancé type YALES2, AVBP, elsA, Cèdre, etc.

Specificity of the job

La.e doctorant.e partagera son temps de travail entre le centre SAFRAN Tech au sein de la plateforme Digital Sciences & Technologies (DST) dans l'équipe Multiphysics Flows Simulation Methods (MUST) et le laboratoire CORIA (Rouen).

Moyens utilisés
• Logiciels du CORIA : YALES2
• Moyens de calcul : moyens internes SAFRAN Tech, TGCC, moyens nationaux via les appels GENCI et européens via PRACE

logo safran

Safran is an international high-technology group, operating in the aviation (propulsion, equipment and interiors), defense and space markets. Its core purpose is to contribute to a safer, more sustainable world, where air transport is more environmentally friendly, comfortable and accessible. Safran has a global presence, with 76,800 employees and sales of 15,3 billion euros in 2021 and holds, alone or in partnership, world or regional leadership positions in its core markets. Safran undertakes research and development programs to maintain the environmental priorities of its R&T and innovation roadmap.

Safran was ranked as the world's third best employer in its sector by Forbes magazine in 2021.

76,800
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35
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