Le CEA DAM Île-de-France FORME

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Type de contrat doctorat

Analyse, simulation et modélisation des effets non-Boussinesq dans les mélanges turbulents

Contexte :

Les instabilités aux interfaces baroclines, comme celles de Rayleigh-Taylor, sont importantes dans de nombreuses applications astrophysiques, géophysiques ou ingénieurs comme la fusion par confinement inertiel (FCI) intéressant le CEA. Pour les fluides miscibles à densité variable, ce processus conduit éventuellement à la formation de zones de mélange turbulentes dont la dynamique est intimement liée à celle des grandes structures turbulentes. Comprendre et modéliser ces processus demeure un problème largement ouvert nécessitant le développement de nouveaux outils théoriques et numériques.

Ce sujet s’inscrit dans la continuation de deux thèses, où l’on s’est attaché à étudier principalement les mélanges de fluides à faible contraste de densité, c’est à dire sous l’approximation de Boussinesq. Or lorsque les contrastes de densité deviennent forts, de nouveaux phénomènes apparaissent et doivent être pris en compte. Dans les mélanges mus par la gravité (cf Fig. 1), on observe une dissymétrie entre le fluide léger et lourd formant des structures dites de bulles et des aiguilles. Par ailleurs de forts gradients de densité apparaissent pouvant conduire à des fronts non présents dans les écoulements à faible contraste de densité.


Figure 1 : Champ de densité dans des simulations numériques de turbulence homogène stratifiée instable. Gauche :
Approximation de Boussinesq. Droite : Densité variable.

Objectif de la thèse :

Dans cette thèse on cherchera à expliquer ces phénomènes au travers de simulations
numériques directes et de modèles spectraux en deux points de type EDQNM (eddy-damped quasi normal
markovian) étendus à la turbulence à densité variable. A terme, on cherchera à améliorer les fermetures en un
point couramment employées dans les modèles ingénieurs.

Déroulement de la thèse :

Dans un premier temps, l’étudiant commencera par assimiler les concepts théoriques nécessaires à l’analyse des écoulements turbulents et passer des premières simulations numériques directes sur les supercalculateurs du CEA. Progressivement, il s’intéressera aux modèles spectraux en deux points et pourra proposer des nouvelles fermetures et les comparer aux résultats numériques. Enfin, il s’agira de mettre en évidence des possibles améliorations pour les modèles pratiques de mélange turbulent.

Cette thèse se déroulera sur le centre DIF en collaboration avec le laboratoire LMFA de Lyon.

Directeur de thèse et école doctorale :

Fabien GODEFERD – ED Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique – (MEGA) – ED 162 – Université de Lyon

Contact :

Benoît-Joseph GREA – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00

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