Sujet :
Modélisation et simulation numérique d’écoulements aérodynamiques en régime raréfié hypersonique
Contexte :
Ce sujet d’étude post-doctorale s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre le CEA/Cesta et le laboratoire ICARE du CNRS portant sur la modélisation des écoulements raréfiés. Lors de la rentrée atmosphérique d’un véhicule spatial, celui-ci traverse différentes couches de l’atmosphère à de grandes vitesses. La conception et le dimensionnement de tels véhicules reposent sur la connaissance de l’écoulement aérodynamique d’air qui les entoure afin de maîtriser les efforts aérodynamiques et les sollicitations thermiques exercées. Les modèles physiques utilisés pour cela dépendent fortement de l’altitude considérée. Dans les basses couches de l’atmosphère, l’air est un milieu continu (le libre parcours moyen des particules de gaz est très petit devant les dimensions du véhicule) qui peut être décrit par les équations de Navier-Stokes. Par contre, dans les hautes couches de l’atmosphère, l’air est un milieu raréfié (le libre parcours moyen des particules de gaz n’est pas petit devant les dimensions du véhicule), les équations de Navier-Stokes ne sont plus valides. Il est nécessaire de recourir à la théorie cinétique des gaz en résolvant l’équation de Boltzmann pour simuler l’écoulement raréfié autour du véhicule d’intérêt.
Le laboratoire ICARE dispose de souffleries hypersoniques en régime raréfié. Ces moyens d’essais exceptionnels offrent la possibilité d’acquérir des données expérimentales permettant de caractériser finement l’écoulement autour du véhicule : champs de densité, pression et température dans l’écoulement et flux de chaleur à la paroi.
Le CEA/Cesta met au point, développe et utilise des codes de calcul dédiés à la simulation de ces écoulements raréfiés : un code développé en interne et un code Open source, le code SPARTA, développé par le Sandia National Laboratory. Ces deux codes résolvent l’équation de Boltzmann et sont dotés de nombreuses modélisations permettant de décrire l’écoulement dans de grandes gammes de densités et pressions.
Objectif :
L’objectif de ce post-doctorat est de réaliser la prévision et la restitution des essais soufflerie conduits par le laboratoire ICARE dans le cadre d’un projet ANR-ASTRID au moyen de ces codes de simulation. Les comparaisons calculs/mesures réalisées dans ce cadre permettront de contribuer à la validation des codes de calcul susmentionnés et des modèles physiques sous-jacents. Ce travail s’accompagnera de l’étude et de la mise au point de modèles physiques élaborés permettant de simuler le plus fidèlement possibles ces écoulements complexes.
Le(a) candidat(e) recherché(e) devra être titulaire d’un doctorat en mécanique des fluides numérique, maîtriser la mécanique des fluides compressibles. Une bonne connaissance de la théorie cinétique des gaz serait un plus. La maîtrise des langages de programmation suivant est nécessaire : Fortran, C, Matlab, Labview.
Contacts :
BARANGER Céline & BRAEUNIG Jean-Philippe
CEA/Cesta – BP 2 – 33114 Le Barp
Tél. : 05.57.04.40.00
celine.baranger@cea.fr & jean-philippe.braeunig@cea.fr