CIFRE : Modélisation et simulation de la combustion des SAFs dans les foyers aéronautiques F/H

Job Description

L’industrie aéronautique s’est fixée comme objectif la neutralité carbone en 2050. Pour atteindre cette cible, la transition vers l’utilisation de carburants d’aviation durables (Sustainable Aviation Fuels ou SAF en anglais) est un des axes privilégiés. La grande diversité des matières premières utilisées pour la production de ces carburants conduit à une très forte variabilité de leurs compositions et de leurs propriétés physico-chimique (volatilité, cinétique, …). Cette variabilité de la composition du carburant peut affecter les performances de la chambre de combustion en termes d’opérabilité et de polluants et challenge les stratégies de modélisation de la combustion turbulente diphasique.

Depuis plusieurs années, le laboratoire EM2C et Safran Tech développent une stratégie de modélisation de la combustion turbulente basée sur une approche dite de chimie tabulée filtrée multi-régime (Dillon et al., 2024). Cette stratégie de modélisation, reposant sur le transport d’un nombre réduit de variables, permet de décrire à un coût de calcul réduit et de manière fiable les structures de flamme complexes multi-régime rencontrées dans les systèmes aéronautiques. Ce nouveau modèle a été appliqué sur plusieurs configurations de flammes monophasiques H2-air et a montré d’excellentes capacités prédictives quant à la description de la stabilisation de flamme sur des maillages LES (Dillon et al., 2024).

L’objectif de cette thèse est d’étendre le modèle de chimie tabulée multi-régime à la prise en compte de flammes turbulentes diphasiques pour les SAFs. Cette approche devra d’une part décrire les propriétés macroscopiques d’une flamme turbulente en terme de stabilisation et d’autre part prédire les niveaux de NOx. Pour atteindre cet objectif, une première phase du travail se focalisera sur l’analyse des effets de l’évaporation différentielle, particulièrement importante pour les SAFs, sur la structure de flamme pour différents niveaux de résolutions du maillage. Ces travaux permettront de définir la modélisation adaptée du caractère multi-composants des SAFs pour générer la collection de flammes 1-D partiellement pré-mélangées filtrées qui constituera la table chimique. Le modèle F-TACLES sera ensuite couplé à un solveur LES en incluant une modélisation du plissement de sous maille adapté aux structures de flamme partiellement pré-mélangées. Enfin, l’approche de chimie tabulée sera couplée à un modèle de description de la chimie des NOx. L’approche développée sera validée via des simulations instationnaires 3D de configurations représentatives de chambres de combustion industrielles investiguées expérimentalement au laboratoire EM2C ou dans d’autres laboratoires.

Complementary Description

Moyens utilisés

• Logiciels : YALES2
• Moyens de calcul : moyens internes SAFRAN, TGCC, moyens nationaux via les appels GENCI et européens via Euro-HPC

Job Requirements

De formation ingénieur ou master avec des compétences en mécanique des fluides et un goût prononcé pour la modélisation, la simulation HPC et le développement.

Il est attendu une maîtrise :

• de la mécanique des fluides réactive ou non
• du développement logiciel dans un contexte HPC et des méthodes numériques avancées pour la simulation haute-performance.
• du Fortran orienté objet, de Python et de l’environnement Linux
• rédactionnelle de contenus techniques en anglais.

Autres compétences appréciées :

• goût pour la modélisation et la simulation numérique
• connaissance des technologies des turbomachines (ex : bibliographie, stage, projet étudiant, etc.)

expérience du développement dans un logiciels CFD avancé type YALES2, AVBP, elsA, Cèdre, etc.

Specificity of the job

La.e doctorant.e partagera son temps de travail entre le centre SAFRAN Tech au sein de la plateforme Digital Sciences & Technologies (DST) dans l’équipe Multiphysics Flows Simulation Methods (MUST) et le laboratoire EM2C de l’école CentraleSupélec (Gif Sur Yvette).

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