Description du sujet de thèse

Dans l'atomisation assistée par gaz, un jet de liquide est fragmenté en fines gouttelettes par un jet de gaz à grande vitesse. La technologie des sprays supersoniques améliore ce processus en atomisant les liquides à des vitesses supérieures à Mach 1, en améliorant le mélange des fluides et en augmentant la surface liquide. Cette méthode est essentielle dans des secteurs tels que la fabrication additive et la propulsion spatiale. Cependant, les méthodes actuelles d'essais et d'erreurs ne permettent pas d'établir des corrélations fiables entre les paramètres des sprays et ceux de l'injection en raison de l'impossibilité de visualiser le processus. Les techniques d’imagerie traditionnelle par lumière visible sont inefficaces en raison de la diffusion et du chevauchement des interfaces des fines gouttelettes. Les modèles existants peinent à prédire l'atomisation supersonique, où la vitesse du gaz dépasse celle du son et où les ondes de choc sont essentielles à la fragmentation. L'atomisation supersonique est vitale dans la production de poudre métallique pour la fabrication additive, où l'équilibre entre les coûts énergétiques et la qualité de la poudre est difficile à trouver. La diversité des conceptions d'atomiseurs met en évidence le manque de connaissances fondamentales. Le projet proposé vise à comprendre les mécanismes sous-jacents et à développer des modèles prédictifs pour l'atomisation supersonique, en utilisant la fabrication additive comme application clé.

Ce projet de doctorat étudiera les complexités de la dynamique d'atomisation, en se concentrant sur les processus de fragmentation primaire et secondaire dans les sprays supersoniques. L'objectif est d'identifier les paramètres de contrôle clés en acquérant des mesures qui ne sont pas disponibles dans la littérature actuelle en raison de l'obscurité des sprays supersoniques. Pour ce faire, on utilisera des techniques uniques d'imagerie à rayons X à la ligne de faisceau ID19, qui permettent de sonder les échelles temporelles et spatiales appropriées près de la sortie de la buse, où se produit la plus grande partie de l'atomisation.

Les objectifs de la recherche sont les suivants
- Développer des techniques d'imagerie par rayons X
- Quantifier les principaux mécanismes de la formation des sprays, en se concentrant sur l'interaction entre l'instabilité et la dynamique des chocs.
- Identifier les composants clés qui contrôlent les écoulements diphasiques turbulents supersoniques afin d'élaborer des lois d'échelle et des modèles pour des applications pratiques.

Contexte de travail

Le Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) est une unité mixte de recherche (UMR 5519) du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), de l’Institut National polytechnique de Grenoble (Grenoble INP), de l’université Grenoble-Alpes (UGA).
Le poste est à pourvoir au sein du département de recherche LEGI (UMR5519) de l'Université Grenoble Alpes et de l'ESRF. Les recherches du laboratoire portent sur les écoulements géophysiques et industriels, en utilisant des approches théoriques, expérimentales et numériques. Le poste est au sein de l'équipe Ecoulements Diphasiques et Turbulences (EDT). L'ESRF, l'installation européenne de recherche synchrotron, utilise des faisceaux de rayons X à haute énergie pour étudier des questions complexes dans un grand nombre de domaines. L'ID19 développe des modalités d'imagerie pour atteindre de super résolutions et s'attaquer à des phénomènes à grande vitesse.
De fortes interactions avec le LEGI et l'ESRF sont prévues, avec un superviseur dans chaque institution. Il s'agira notamment de participer à des réunions d'équipe, d'assister à des séminaires et à d'autres activités scientifiques. Enfin, le projet impliquera des collaborations avec N. Rimbert (LEMTA, Université de Lorraine) pour appliquer les connaissances acquises aux applications de fabrication additive.

Contraintes et risques

Pas de risques identifiés