Contexte
Au sein d’EDF R&D, le département Mécanique des Fluides Energie et Environnement (MFEE) met au service du groupe EDF un pôle de compétences autour de la mécanique des fluides, des transferts thermiques, de l’énergétique et de l’environnement. Ces compétences sont en appui au développement, à la conception et à l’exploitation des moyens de production d’électricité présents et futurs.
L’usure par érosion de cavitation peut concerner toutes les installations hydrauliques (pompes, turbines, vannes, …) existantes et en projet. Les mécanismes locaux conduisant à la déformation plastique des matériaux industriels lors des écoulements diphasiques liquide-vapeur restent encore largement à explorer. L’approche expérimentale reste délicate du fait des très petites échelles spatiales et temporelles. Une approche numérique, mettant en oeuvre des simulations numériques des écoulements à l’échelle de la bulle est donc privilégiée, afin d’explorer et tester les différentes interactions entre le collapse de la bulle et une onde de pression externe.

Objectifs du stage
L’outil numérique utilisé est un code développé en interne EDF R&D, permettant la prise en compte de la compressibilité et le changement de phase liquide-vapeur, en utilisant les lois thermodynamiques réelles dites « IAPWS ». Celles-ci sont constituées de combinaisons de fonction polynomiales et l’évaluation d’une propriété thermodynamique requiert un temps de calcul qui n’est pas compatible avec la simulation numérique fine. Afin de réduire ce temps de calcul et pour pouvoir se servir de ces lois pour des simulations CFD, des tabulations des lois IAPWS sont utilisées. Celles si on l’avantage de rendre plus rapide le calcul des propriétés thermodynamiques, mais ont l’inconvénient d’être gourmande en place mémoire. Une formulation par des lois analytiques simplifiées permettrait de gagner à la fois en temps de calcul et en place mémoire.

Le stage a pour objectif de permettre des simulations :

1. La loi actuellement utilisée (IAPWS-97) ne permet pas de dépasser une pression de 1000 bars, ce qui est une limitation lorsque l’on veut faire des simulations d’implosion de bulles. Un premier objectif du stage sera donc d’examiner les possibilités offertes par la loi plus étendue IAPWS-95, valable jusqu’à 10 000 bars.

2. Le deuxième volet consistera à examiner l’apport des nouvelles méthodes de régression symbolique développées par l’intelligence artificielle pour construire des expressions analytiques de lois d’état, sur la base de la loi IAPWS-95, mais plus simples que la formulation initiale.

3. A partir de la loi optimisée, des simulations des différentes configurations possibles entre une bulle de vapeur et une onde de pression externe seront menées et analysées, afin de proposer un scenario d’endommagement pour les écoulements de cavitation.
Ces simulations 1D puis 3D nécessiteront des maillages spatialement, impliquant des calculs parallèles et des compétences de programmation.

Connaissances requises
Mécanique des fluides, thermodynamique, simulation numérique et calcul scientifique, programmation informatique, connaissances des méthodes d’intelligence artificielle, …

Modalités
• Candidature : CV et lettre de motivation
• Stage rémunéré