Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 24-06-2017

3 sujets INAC

«««

• Energie, thermique, combustion, écoulements

 

Confinement Inertiel dans des Cavités de Grande Taille

SL-DRF-17-0894

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Jérome DUPLAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - UGA-CEA/SBT UMRe 9004

04 38 78 64 89

Directeur de thèse :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - UGA-CEA/SBT UMRe 9004

04 38 78 64 89

Dans le cadre de l'utilisation du confinement inertiel pour produire les conditions de la fusion nucléaire, nous proposons d’étudier la dynamique de bulles sphériques de grande taille (centimétriques). On s’intéresse en particulier au cas où une cavité est placée en forte dépression au sein d’un liquide. On observe alors que la bulle s’effondre sur elle même, avec une très grande violence. Pour une cavité non vide, les éléments piégés sont très fortement comprimés. L’interface et l’ensemble du liquide ralentit, et son énergie (cinétique) est transférée au milieu composant la cavité. C’est le principe du confinement inertiel, exploité pour la réalisation des conditions thermodynamiques de la fusion nucléaire (projets Laser Méga Joule, National Ignition Facility), et à l’origine du phénomène de sonoluminescence.



Nous proposons de réaliser des expériences similaires, à grande échelle spatiale (quelques centimètres) et grande échelle temporelle (de l’ordre de la milliseconde), ce qui autorise une observation détaillée (notamment par imagerie rapide) des phénomènes hydrodynamiques intervenant dans le processus.



Grâce à l'application d'un champ magnétique, il est possible de compenser l'effet des forces de gravité dans l'oxygène liquide. Il est donc possible de créer une bulle au sein de ce liquide, qui soit sphérique et de grande taille initialement.



Le travail de thèse consistera d'une part à mener l'ensemble des investigations expérimentales et d'autre part à proposer des modèles afin de décrire le comportement hydrodynamique de la bulle (sous certaines conditions on observe le développement d'instabilités de l'interface) mais aussi l'état thermodynamique atteint : des expériences préliminaires indiquent que les gaz piégés dans la bulle atteignent des températures de plusieurs dizaine de milliers de Kelvin, ce qui provoque leur illumination spontanée.

Dans des conditions expérimentales mieux maitrisées, on espère dépasser largement ce 'record'.

Simulation numérique de pulse tube de type spatiaux : Application aux basses températures

SL-DRF-17-0986

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale (LCCS)

Grenoble

Contact :

Sylvain MARTIN

Nicolas LUCHIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Sylvain MARTIN

CEA - DRF/INAC/SBT/LCCS

+ 33 4 38 78 31 71

Directeur de thèse :

Nicolas LUCHIER

CEA - DSM/INAC/SBT/L3C

0438783068

Les refroidisseurs de type pulse tube sont très utilisés dans le domaine spatial pour refroidisseur des instruments pour l'observation de la Terre (satellite Meteosat) ou pour l'observation de l'Univers (satellite Athena). Ces dernières années, un important effort de développement a été réalisé pour diminuer la température de base en prenant en compte les contraintes spatiales en terme de masse, taille et puissance. Les derniers développements ont porté sur des applications à 15 K et à 4 K.

L'objectif de ce projet est de développer un outil de simulation numérique pour les pulse tubes afin d'améliorer la compréhension des phénomènes thermo-hydraulique à de telles températures. Dans ce cas, l'approche des gaz parfaits n'est plus valable. Actuellement, les outils développés ne prennent en compte que les paramètres hydrauliques du problème dans un gradient de température donné. L'objectif à présent est de coupler les phénomènes hydraulique et thermique et de comprendre la façon dont il se couple.

Afin de valider la méthode choisie, nous allons développer des bancs d'essais sur des sous-systèmes d'un pulse tube (régénérateur par exemple). L'outil numérique devra être capable de réaliser des études paramètriques sur plusieurs variables (dimensions, fréquence de fonctionnement, matériaux régénérateurs) afin d'aider au développement des futurs refroidisseurs pulse tube.

Turbulence à Haut Reynolds. Etude des intermittences inertielles et dissipative dans un jet et un écoulement de Von Karman cryogéniques.

SL-DRF-17-0896

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Réfrigération et Thermohydraulique Hélium (LRTH)

Grenoble

Contact :

Alain GIRARD

Christophe BAUDET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Alain GIRARD

CEA - DRF/INAC/SBT/LRTH

0438784365

Directeur de thèse :

Christophe BAUDET

UGA - LEGI

04 76 82 51 61

Voir aussi : http://inac.cea.fr/sbt

La turbulence est un phénomène que l’on rencontre dans de nombreuses situations naturelles comme industrielles: la production d'énergie, les phénomènes météorologiques et environnementaux, dans les transports, dans la fusion magnétique, etc... Cette thèse, expérimentale, porte sur les aspects fondamentaux de la turbulence, en s’attachant à la compréhension de la dynamique des petites échelles et du phénomène appelé « intermittence ». La difficulté de compréhension de ce phénomène est liée au peu d’expériences disponibles pour l’étudier sur une large gamme d’échelles. Or les écoulements cryogéniques permettent justement des nombres de Reynolds très élevés, ouvrant ainsi une large gamme d’échelles, des échelles de forçage jusqu’aux échelles dissipatives en passant par les échelles inertielles.

Dans ce travail, on utilisera des anémomètres à fil chaud: une thèse de doctorat a récemment démontré l'intérêt de ces capteurs à la fois dans l'hélium superfluide et dans l’hélium normal. Ces anémomètres seront améliorés en termes de fiabilité et de résolution (temps et espace), afin d'analyser les petites échelles des écoulements turbulents des expériences "Hejet" et "Shrek" au SBT. Ces deux installations atteignent des nombres de Reynolds inégalés avec des conditions de laboratoire bien définies. Hejet est un écoulement turbulent dit « ouvert » (c’est un jet libre), tandis que Shrek est une expérience "confinée" (écoulement de Von Karman): ces deux expériences sont donc complémentaires du point de vue des processus de forçage/transfert/dissipation. C’est le deuxième principal intérêt de ce travail. Enfin, ces deux expériences peuvent également fonctionner avec de l'hélium superfluide, où la dissipation est décrite par le modèle à deux fluides de Landau, ouvrant ainsi un grand domaine d’études.

 

Retour en haut