Couplage Multi-Modèle en Dynamique Rapide avec Interaction Fluide-Structure pour des écoulements complexes calculés par une approche Volumes-Finis

par Alexis Picard

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Christian Tenaud et de Vincent Faucher.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec CEA/SEMT - Service des études de mécanique et thermique (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le sujet de thèse proposé consiste à développer une approche permettant de substituer dans un modèle numérique global un modèle numérique local raffiné (taille de maille, géométrie, modèle physique, …) permettant d'introduire des détails de modélisation ou de discrétisation n'existant pas dans le modèle global, pour des simulations d'écoulements de natures variées (monophasiques, diphasiques, réactifs, …) en présence d'interaction fluide-structure. En termes applicatifs, cette problématique intervient par exemple dans le cadre des simulations d'Accident de Perte de Réfrigérant Primaire dans lesquelles une onde de détente susceptible de provoquer la vaporisation du fluide primaire se propage dans le circuit primaire et la cuve d'un Réacteur nucléaire à Eau Pressurisée. Ce sujet s'inscrit dans la continuité d'une thèse précédente ([1,2]) pour laquelle cette question de zoom numérique est abordée dans le cadre d'un écoulement monophasique avec interaction fluide-structure, avec un fluide traité par éléments-finis. Il s'agit à nouveau d'opérer une transition entre les échelles pour la modélisation de l'interaction fluide-structure et celles relatives aux détails géométriques introduits par le modèle local. La composante diphasique et/ou réactive dans ce nouveau sujet conduit à se tourner vers des méthodes de type volumes-finis pour le fluide, en s'inspirant des idées proposées dans la thèse précédente afin de les adapter au contexte des volumes-finis. En outre, on s'attachera à préserver la qualité de la solution numérique lors du passage des interfaces multiphasiques ou réactives au niveau de la zone de transition entre le modèle global et le modèle local. Cette approche multi-échelle apportera une plus-value notable pour des simulations d'écoulements diphasiques dans des modèles globaux en tenant compte de détails géométriques locaux. En particulier, dans le contexte de l'énergie nucléaire, l'utilisation de modèles diphasiques volumes-finis d'ordre élevé, associés à l'introduction de raffinements locaux, permettra d'obtenir une meilleure description de l'écoulement et de la vaporisation du fluide du circuit primaire, associés à la dynamique des ondes de détente, dans des calcules d'APRP à l'échelle du réacteur. [1] Thèse d'Alexandre Fernier, « Couplage multi-échelles en dynamique rapide avec interaction fluide-structure », octobre 2015 – octobre 2018, direction V. Faucher (DEN/CAD/DTN/Dir), encadrement O. Jamond (DEN/DANS/DM2S/SEMT/DYN) [2] Fernier, A., Faucher, V., & Jamond, O. (2017). Multi-model Arlequin method for transient structural dynamics with explicit time integration. International Journal for Numerical Methods in Engineering. Published online April 2017.

  • Titre traduit

    Quick Dynamic Multi-model Coupling with Fluid-Structure Interaction for Complex Flows calculated using a Finite Volume Approach


  • Résumé

    The thesis topic aims to develop a numerical locally refined model that will be implemented within a global model in order to model details that are not captured by the larger scale model. The local model will be applied to various flows from single phase to multiphase with reactive flows. This model will be developed in the context of Fluid-Structure Interaction Solving. In terms of application, this problem takes place within the framework of loss of primary cooler accident simulations in which a wave of relaxation susceptible to cause the evaporation of the primary fluid propagates in the primary circuit and the tank of a Nuclear reactor with Pressurized Water. This topic is a continuation of a previous work based on a finite element solver for single-phase flows only and with Fluid Structure Interaction. The objective is to create a numerical transition between a Local Finite-Volume Solver more adapted for fluid equations coupled with the global finite element solver already implemented for single phase flows. The numerical solution quality preservation is the first constraint of this new multi-approach solver. The development of this solver will bring a better understanding of the flow at a reactor scale with the exchanges and the evaporation process inside the primary circuit associated with the relaxation waves phenomenon in the APRP calculation. [1] Thèse d'Alexandre Fernier, « Couplage multi-échelles en dynamique rapide avec interaction fluide-structure », octobre 2015 – octobre 2018, direction V. Faucher (DEN/CAD/DTN/Dir), encadrement O. Jamond (DEN/DANS/DM2S/SEMT/DYN) [2] Fernier, A., Faucher, V., & Jamond, O. (2017). Multi-model Arlequin method for transient structural dynamics with explicit time integration. International Journal for Numerical Methods in Engineering. Published online April 2017.