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Doctorant (H/F) Modélisation et contrôle basés sur la physique de la turbulence près des parois pour renforcer le transfert de chaleur

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

Date Limite Candidature : mardi 12 mars 2024

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant (H/F) Modélisation et contrôle basés sur la physique de la turbulence près des parois pour renforcer le transfert de chaleur
Référence : UPR3346-NADMAA-100
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : CHASSENEUIL DU POITOU
Date de publication : mardi 30 janvier 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Milieux fluides et réactifs : transports, transferts, procédés de transformation

Description du sujet de thèse

Au CNRS, l'Institut Pprime, basé sur le site du Futuroscope, recrute un doctorant dans le cadre d'un projet de recherche INFERENCE financé par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche).

Le ou la Doctorante travaillera sur la modélisation et le contrôle basés sur la physique de la turbulence près des parois pour renforcer le transfert de chaleur.

Contexte de travail

Les écoulements turbulents dictent les caractéristiques de performance de nombreux équipements industriels et applications environnementales. Une conséquence importante de la turbulence est d'augmenter le mélange de quantité de mouvement conduisant à une traînée de frottement élevée sur les surfaces, l'augmentation par rapport aux conditions laminaires atteignant facilement des facteurs de 10‐100, en fonction du nombre de Reynolds de l'écoulement. Dans de nombreuses applications, la traînée de frottement influence de manière extrêmement importante l'efficacité opérationnelle du dispositif ou du procédé. Cela s'applique en particulier au transport, impliquant soit des corps autopropulsés se déplaçant dans un fluide soit des fluides transportés dans des conduits et des tuyaux. Il existe une forte pression pour réduire les émissions liées au transport, dont la traînée de frottement est une composante majeure. D'un autre côté, l'amélioration des flux turbulents au sein de la région pariétale est généralement bénéfique pour le transfert de chaleur. Ainsi, dans le cas des échangeurs de chaleur, un équilibre doit être trouvé entre les pertes dues à la traînée et le transfert de chaleur. Pour une grande variété d'applications d'ingénierie, qu'il s'agisse d'un processus de refroidissement ou de chauffage, l'amélioration de la capacité des échangeurs de chaleur est un défi technologique crucial pour l'efficacité énergétique et pour répondre aux exigences industrielles et sociétales en matière de transfert d'énergie rentable.La maîtrise de la turbulence de proche paroi pour réduire la traînée a été largement étudiée, et des stratégies de contrôle efficaces ont été conçues à faible nombre de Reynolds, lorsque l'écoulement est principalement peuplé de structures à petite échelle. Cependant, à mesure que le nombre de Reynolds augmente, ces stratégies de contrôle deviennent rapidement inefficaces. Cette dégradation peut s'expliquer par le fait que la nature des structures internes change en réponse aux structures externes émergentes et se renforçant à mesure que le nombre de Reynolds augmente. Ainsi, cela fournit une forte motivation pour modéliser les effets des structures externes sur la turbulence de proche paroi.

*Objectifs et défis scientifiques :
Le programme de recherche vise à faire progresser la compréhension fondamentale des transferts de chaleur et de la physique de la turbulence dans les écoulements pariétaux par le biais de simulations numériques, de modélisation pilotée par les données et de techniques d'apprentissage automatique. Les objectifs clés incluent l'optimisation du transfert de chaleur convectif à l'aide d'oscillations pariétales, la mise en relation de la turbulence à petite échelle avec le transport de chaleur, la modélisation des effets de l'écoulement externe à grande échelle et le développement de modèles de transfert de chaleur de bas ordre. Des partenariats avec l'industrie faciliteront l'adoption de méthodes améliorées de transfert de chaleur dans les technologies des énergies renouvelables et de propulsion. Les idées et outils de calcul développés ont pour but de faire progresser significativement les capacités d'ingénierie thermique tout en soutenant les priorités en matière d'énergies renouvelables et aérospatiales. Cependant, la recherche ne vise pas spécifiquement à faciliter la construction d'une conception améliorée du récepteur. Il s'agit plutôt d'une série d'études fondamentalement orientées sur des récepteurs génériques soumis à un contrôle et à des scénarios de chauffage idéalisés, l'objectif étant de trouver des réponses à des questions fondamentales sur la réponse de l'écoulement aux méthodes de contrôle proposées en matière de transfert de chaleur et de traînée.

*Responsabilités clés :
Plusieurs défis doivent être relevés pour mener à bien ce projet. Le poste nécessite une collaboration dans un environnement de recherche multidisciplinaire comprenant des mathématiciens, des informaticiens et des ingénieurs.

*Les responsabilités spécifiques seront les suivantes :
• réaliser des simulations numériques directes (DNS) pour analyser l'amélioration du transfert de chaleur sous oscillations pariétales selon l’envergure à l'aide du code Xcompact3D,
• mener des études paramétriques pour relier les paramètres d'oscillation à des indicateurs de transfert de chaleur comme le nombre de Nusselt,
• développer des modèles prédictifs pour estimer le transfert de chaleur en fonction des paramètres de l’onde d'oscillation,
• exécuter de nombreux petits cas DNS pour fournir des données d'apprentissage pour l'optimisation par renforcement de l'apprentissage des protocoles d'oscillation,
• analyser les données DNS pour élucider la physique reliant les structures de turbulence de proche paroi modifiées par les oscillations au transport thermique amélioré,
• quantifier les interactions complexes entre les oscillations, les structures cohérentes et le transfert de chaleur convectif.

Le ou la candidate devra posséder un Master au choix :
- en mécanique des fluides,
- en mathématiques appliquées,
- en apprentissage automatique.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

Le laboratoire Pprime est une Unité de Recherche du CNRS. Son activité scientifique couvre un large spectre allant de la physique des matériaux à l'ingénierie mécanique, en passant par la mécanique des fluides, la thermique et la combustion. Le doctorant sera rattaché à l'équipe Curiosity.