Les échangeurs de chaleur à tubes sont des composants essentiels pour de nombreuses applications industrielles, par exemple les générateurs de vapeur pour la production d’électricité. Ceux-ci sont classiquement composés d’un faisceau de tubes immergé dans un fluide caloporteur. En fonctionnement, les interactions entre le fluide et la structure entraînent des vibrations, qui peuvent provoquer la fatigue des matériaux, l'usure par frottement et, finalement, la rupture du composant. La compréhension et la maîtrise des écoulements transverses dans les faisceaux de tubes sont donc cruciales pour la sécurité et la performance de ces composants.

De récentes observations expérimentales et numériques semblent indiquer l’existence de plusieurs états d’équilibre localement stables pour l’écoulement à travers un faisceau. De plus, le système semble transiter d’un point d’équilibre à l’autre sous l’effet de la turbulence. Mais la caractérisation spatiale et temporelle de ce phénomène reste extrêmement parcellaire, sa nature restant même encore débattue. Certains auteurs ont en effet proposé que ces observations soient dues à des phénomènes oscillants à très basse fréquence plutôt qu’à de la multi-stabilité. Quoi qu’il en soit, ces changements de l’état du fluide modifient les efforts appliqués à la structure, et in fine affectent les conditions de fonctionnement.

Dans ce cadre, l’objectif du stage est tout d’abord d’effectuer une série de mesures PIV de longue durée (> 20s) grâce à un dispositif expérimental déjà installé et maîtrisé au laboratoire. En s’appuyant sur ces mesures, il s’agira ensuite de proposer une meilleure caractérisation spatiale et temporelle du phénomène décrit plus haut. Des analyses fréquentielles couplées à des décompositions modales type POD (Proper Orthogonal Decomposition) permettront de clarifier la nature de ce phénomène (multi-stabilité ou oscillations basse fréquence). Ces mêmes décompositions modales permettront une analyse spatiale plus poussée du phénomène. On cherchera à déterminer si ces variations résultent d’un changement global affectant tout l’écoulement ou d’un changement local se propageant au reste de l’écoulement. Les mesures PIV pourront être complétées par des mesures d’efforts appliqués aux tubes, permettant ainsi de mieux évaluer l’impact de ce phénomène sur la dynamique de la structure.

Étudiant préparant un Master 1, Master 2 ou Diplôme d'ingénieur - Spécialité Mécanique ou Physique.

Attrait pour la mécanique des fluides et la recherche expérimentale.

Des bases en Python seraient un plus.

Début de stage souhaité début 2025