Contexte

Les simulations de thermohydraulique dans le domaine du nucléaire reposent sur trois types d’approche. La première est la modélisation à l’échelle système. Cette approche consiste à résoudre les équations de Navier-Stokes sur un circuit constitué d’éléments 1D et 0D. Cette approche demande un effort de modélisation important (utilisation de corrélations pour représenter différents phénomènes) mais permet de calculer rapidement des transitoires sur de longues durées et de représenter des systèmes complets. La deuxième est la modélisation à l’échelle poreuse ou sous-canal. Cette approche propose une modélisation à l’échelle 3D poreuse. Elle se restreint à modéliser un composant du réacteur nucléaire (le cœur ou un échangeur de chaleur). Le maillage utilisé est généralement grossier comparé à l’échelle fine et requiert également l’usage de corrélations pour représenter les pertes de charges et les lois d’échange thermique. Ces approches permettent une représentation détaillée d’un composant mais sont limités à ce dernier. La troisième est la modélisation à l’échelle fine (ou CFD) et résout les équations de Navier-Stokes à l’échelle fine dans une approche RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Cette approche permet d’atteindre un niveau de détail très important mais les ressources informatiques nécessaires à la réalisation des calculs ne permettent pas à l’heure actuelle d’envisager de réaliser des calculs de transitoires dans un circuit primaire complet avec cette approche. Le couplage des outils de calculs, que l’on appelle aussi couplage multi-échelle/multi-modèle dans ce contexte, se propose d’utiliser chaque approche là où elle est la plus adaptée.

Objectifs

Le travail proposé consiste à poursuivre les travaux de thèse de Chufa Qiu [1]. Chufa Qiu a développé une méthode de couplage multi-échelle basée sur une méthode de décomposition de domaines. Cette méthode a été mise en œuvre dans le cadre d'un couplage entre deux instances de Neptune_CFD [2], l’une comportant un maillage fin et l’autre un maillage grossier. Les méthodes de décomposition de domaine avec et sans recouvrement utilisées n'étaient pas parfaitement conformes aux méthodes classiques dans le type de conditions limites. En effet, dans le cas du couplage avec recouvrement, les conditions limites étaient de type Dirichlet uniquement pour la vitesse en entrée et de type Neumann uniquement pour la pression alors qu'une condition de Dirichlet doit être imposée sur toutes les variables conformément à la méthode de Schwarz Multiplicative. De même pour le cas du couplage sans recouvrement qui utilise une méthode itérative Dirichlet-Neumann avec l'utilisation d'une condition de Dirichlet dans un domaine lors du premier pas fractionnaire et ensuite une condition de Neumann dans l'autre domaine lors du deuxième pas fractionnaire. Ainsi, dans le cas du couplage avec recouvrement, l'idée est de développer une condition limite de couplage de Dirichlet pour toutes les variables. Ensuite, une condition limite de couplage de Neumann pour toutes les variables sera développée afin de reproduire strictement la méthode itérative de Neumann-Dirichlet dans le cas d'un couplage sans recouvrement.

Ainsi, l’objectif du stage est de développer une nouvelle condition limite de couplage dans le code Neptune_CFD afin de disposer de conditions limites conformes aux méthodes déjà développées.  Dans un premier temps, ces conditions limites seront développées dans le cas où la résolution et le maillage sont identiques dans chaque domaine dans le cas monophasique. Dans un deuxième temps, le couplage sera étendu au cas diphasique.

Bibliographie

[1] https://theses.hal.science/tel-03957576

[2] https://www.code-saturne.org/cms/web/NEPTUNECFD

Compétences requises ou souhaitées

Méthodes numériques en mécanique des fluides (CFD)

Programmation, langage C, C++ et python. Une expérience avec l’environnement UNIX sera appréciée.

Profil recherché

Etudiant/étudiante en école d'ingénieur ou en master 2 spécialité en modélisation et simulation