Le code CATHARE est un outil de simulation thermohydraulique monophasique et diphasique à échelle système, permettant de réaliser des études de sûreté de réacteurs nucléaires en fonctionnement normal et accidentel. Dans les circuits de ces réacteurs, les turbomachines (pompes, compresseurs, turbines) jouent un rôle important (circulation du fluide, systèmes d’injection de sûreté, production d’électricité).

Un modèle unidimensionnel (1D) de pompe rotodynamique a été développé au CEA entre 2015 et 2019 dans le cadre d’une thèse. Ce modèle permet de prédire les performances d’une pompe en fonctionnement normal et dans des situations anormales (off-design, écoulements diphasiques), mais également de connecter la modélisation de la pompe à l’ensemble du circuit environnant si l’on souhaite mener des simulations à l’échelle du réacteur. Ce modèle a également déjà été validé pour la modélisation d’un compresseur radial, en fluide compressible et avec les lois des gaz réels grâce au couplage de CATHARE avec la librairie REFPROP. Ce compresseur est le LSCC (Low-Speed Centrifugal Compressor) de la NASA, dont la géométrie est décrite dans la littérature.

Lors d’un premier stage, la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) ainsi que le maillage de la machine ont été réalisés à l’aide de la plateforme SALOME. Au cours d’un second stage, des premiers calculs CFD ont été réalisés avec code_saturne. Le facteur de compression et le rendement ont été comparés aux valeurs expérimentales et à celles issues de CATHARE. Qualitativement, un assez bon accord a été obtenu avec l’expérience. Toutefois, des écarts ont été observés.

L’objectif du présent stage est double. Il s’agira d’une part de consolider les résultats obtenus précédemment avec code_saturne, en analysant plus en détail les écarts observés sur le facteur de compression et le rendement, et réalisant de nouvelles comparaisons avec l’expérience, sur la base de grandeurs locales (profils de pression, de vitesse dans la roue). Dans un second temps, il s’agira d’utiliser les résultats expérimentaux et les résultats de calcul, qui donnent accès à des quantités non mesurées/mesurables expérimentalement, pour proposer des voies d’amélioration pour le modèle 1D de CATHARE (processus de remontée d’échelle). Ces améliorations pourront par la suite faire l’objet de nouveaux développements dans CATHARE. L’ensemble de ce travail pourra par ailleurs contribuer à la rédaction d’un article de journal scientifique.

Compétences : mécanique des fluides, simulation numérique. Des compétences en théorie des turbomachines et une expérience en calculs CFD seraient appréciées.