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Offre de thèse (H/F) : Stabilisation et dynamique de flammes swirlées H2/air

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 4 mars 2021

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Informations générales

Référence : UMR5502-THISCH-002
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : jeudi 11 février 2021
Nom du responsable scientifique : Thierry Schuller
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 4 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte : Injecter et brûler de l'hydrogène à la place du kérosène dans les moteurs d'avion nécessite de revoir entièrement la conception du moteur. Plusieurs technologies en rupture sont à l'étude par les constructeurs et les laboratoires de combustion pour développer des turbines à gaz opérant avec de l'hydrogène. L'IMFT a développé une stratégie d'injection de l'hydrogène qui permet de stabiliser des flammes H2/air sur une large plage de fonctionnement, dans des conditions sures et avec des émissions d'oxydes d'azote réduites.

Objectif : Le programme de doctorat a lieu dans le cadre du projet ERC SCIROCCO (https://cerfacs.fr/scirocco/). Il vise à dévoiler les mécanismes physiques de ce nouveau mode de stabilisation des flammes en combinant des expériences et des simulations numériques de ce écoulements sur le banc d'essai MIRADAS du laboratoire. L'objectif général est de développer au cours des trois prochaines années une preuve de concept basée sur des améliorations successives de la conception originale du brûleur qui soit conforme aux spécifications des futurs moteurs aéronautiques alimentés en hydrogène.

Programme : Le travail débutera par une analyse de la littérature scientifique sur les différentes stratégies actuelles d'injection de l'hydrogène dans les technologies de turbines à gaz. Le développement du nouveau brûleur repose sur la plate-forme d'essai MIRADAS de l'IMFT. A partir d'une configuration de référence de l'injecteur, la carte d'opérabilité sera caractérisée pour identifier les régimes et les facteurs limitant ses performances. Ces régimes seront analysés à l'aide de diagnostics optiques basés sur l'imagerie de la flamme dans les bandes spectrales du visibles et de l'UV, la caractérisation du champ d'écoulement (PIV, LDV) à froid et à chaud. Ces diagnostics seront complétés par des mesures de température et d'émissions de polluants. Le banc est également instrumenté d'une série de capteurs pour l'analyse de la dynamique de la combustion et de l'acoustique. Les résultats seront analysés sur la base de la théorie de la combustion et avec des outils de simulations disponibles au laboratoire.

Le deuxième objectif est de fournir des données qui serviront de référence pour les simulations de ces configurations. De fortes interactions sont attendues avec les doctorants du laboratoire travaillant sur les simulations numériques de ces écoulements avec le code de calcul AVBP (https://www.cerfacs.fr). Certaines de ces simulations seront réalisées par le candidat lui-même. Enfin, un accent particulier sera porté sur les problèmes dynamiques qui peuvent se développer pour étendre les limites d'extinction pauvre et réduire sa sensibilité aux instabilités thermo-acoustiques.

Une implication du candidat dans les structures du groupe de combustion et du laboratoire est également attendue.

Contexte de travail

L'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) est une unité mixte de recherche associant le CNRS, l'INP de Toulouse et l'Université Toulouse 3. Fort d'environ 200 personnes (65 chercheurs et enseignants-chercheurs, 35 personnels d'appui à la recherche, 80 doctorants et 20 post-doctorants) il représente l'un des plus forts potentiels de recherche et de formation avancée français voire européen dans le domaine de la mécanique des fluides, tant par sa taille que par le spectre des thématiques de recherche qui y sont abordées et des champs d'application qu'elles recouvrent. Situé au cœur de Toulouse sur une île de la Garonne, le laboratoire développe un large éventail de recherches qui couvrent autant les aspects fondamentaux associés aux phénomènes physiques mis en jeu dans les écoulements et à leur description mathématique, qu'un vaste champ d'applications.

Informations complémentaires

https://cerfacs.fr/scirocco/

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