Laboratoire Réfrigération Thermohydraulique (LRTH)
Responsable : Christine HOA

Le Laboratoire de Réfrigération et de Thermo Hydraulique (LRTH) travaille principalement sur deux thématiques de recherche : la réfrigération des machines de fusion thermo nucléaire et l’analyse du comportement de l’hélium à très fort nombre de Reynolds.

Fusion thermo nucléaire : Nous travaillons pour deux futurs tokamaks : JT60-SA (collaboration entre l’Europe et le Japon) et ITER (collaboration internationale autour de 7 contributeurs principaux : Europe, USA, Russie, Corée, Japon, Inde, Chine). Ces réacteurs utilisent des aimants supraconducteurs et des cryopompes qui doivent être refroidis à environ 4 Kelvin (-269°C). Les premiers servent à créer le champ magnétique très intense nécessaire au maintien du plasma de fusion au cœur de l’enceinte à vide du réacteur et les secondes permettent de pomper différentes parties de l’installation afin d’assurer un niveau de vide poussé indispensable pour obtenir une isolation thermique suffisante (vide de l’enceinte contenant le plasma, vide de l’enceinte des aimants, vide des enceintes des chauffages du plasma, …). La particularité de ces réacteurs de fusion utilisant de l’hélium à très basse température (liquide, supercritique ou superfluide) est un fonctionnement périodique qui entraine des charges variables pour le système de réfrigération qui n’est pas adapté à cela. En plus de travailler sur la définition des systèmes cryogéniques de ces installations, le groupe étudie les moyens de lisser ces variations de charges afin de les rendre acceptable pour le réfrigérateur et de pouvoir installer une puissance au plus près de la puissance moyenne.

Turbulence à haut Reynolds et turbulence quantique : la faible viscosité de l’hélium à basse température (autour de la température de liquéfaction : 4 K) permet d’obtenir à l’échelle du laboratoire des nombres de Reynolds très élevés voire supérieurs à ceux que l’on peut obtenir dans les plus grandes souffleries Européennes. Ceci permet dans un environnement contrôlé de reproduire des conditions existantes à l’échelle de plusieurs dizaines de mètres, ou au-delà mais également d’obtenir des systèmes modèles permettant d’améliorer notre compréhension actuelle de la turbulence et d’affiner ainsi les codes numériques qui sont impuissants à résoudre de manière formelle les problèmes à forts Reynolds (coupure vers les petites échelles).. L’hélium a également la particularité (en dessous de 2,17 K) d’avoir une phase dite superfluide avec des propriétés très différentes de celles des fluides classiques et notamment l’absence de viscosité. Les mécanismes de dissipation de l’énergie sont alors différents (turbulence quantique) et la recherche d’une meilleure compréhension de ces phénomènes est en cours au travers d’un projet qui se termine (TSF : turbulence de grille) et d’un autre qui commence (SHREK : turbulence de Von Karman) avec un soutien de l’Agence Nationale pour la Recherche et en collaboration avec plusieurs partenaires (LEGI, ENSL, CEA/IRAMIS, Institut Néel, LUTH).

 

   
   
 

Maj : 20/02/2017 (20)

Sous thèmes
Techniques
 
Faits marquants
03 octobre 2016
Contact : Christine HOA
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02 septembre 2010
Contact : Christine HOA
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13 juin 2010
Pantxo Diribarne
Le SBT possède un grand réfrigérateur, dit « station 400W@1.8K » qui outre les essais d’éléments cryogéniques développés pour les grands programmes (LHC, ITER…) sert à l’étude de la turbulence de ... Lire la suite »
 
Publications HAL
Thèses

Dernière mise à jour : 27-04-2017

/SBT/LRTH

 

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.

• Energie, thermique, combustion, écoulements

Stages
Images
Etudes thermohydrauliques
Cryogénie pour ITER
Cryogénie pour ITER
Station 400W/1.8K
Station 400W/1.8K
Turbulence superfluide : la robustesse de Kolmogorov
Installation réussie de la boucle HELIOS
Installation cryogénique du Tokamak JT60-SA
Installation cryogénique du Tokamak JT60-SA
Laboratoire Réfrigération Thermohydraulique (LRTH)
   

 

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