Stage | Mécanique des fluides numérique | Calcul haute performance, Combustion, Electromagnetisme, Simulation numérique, Simulations informatiques de dynamique des fluides
Niveau requis : Master
Date de début : 1 février 2024
Durée de la mission : 6 mois
Date limite des candidatures : 1 janvier 2024
Rémunération : 650€/mois
Contexte:
De nombreuses initiatives sont actuellement en cours pour utiliser des carburants décarbonés, tels que l’hydrogène (H2) et l’ammoniac (NH3), en tant que vecteurs d’énergie en réponse à la crise climatique. Ces carburants peuvent être produits à l’aide de sources d’énergie intermittentes (éolienne, solaire, etc.), servant ainsi de forme de stockage et pouvant être utilisés de manière contrôlée. Cependant, l’utilisation de ces nouveaux carburants dans les chambres de combustion actuelles n’est pas immédiatement possible et nécessite une phase d’adaptation pour respecter les normes de sécurité et d’émissions de polluants, telles que les NOx. Pour y parvenir, il est naturel de se tourner vers des régimes de combustion pauvres, malheureusement sujets à des instabilités et plus difficiles à allumer. Une solution émergente à ces problèmes est d’utiliser des décharges nanosecondes répétitives. Ce type de décharge est connu pour être capable d’atténuer les instabilités rencontrées dans les chambres de combustion et est également efficace pour l’allumage, avec une faible puissance électrique par rapport à celle de la flamme (<1%).
Mission:
L’objectif de ce stage est d’effectuer des simulations détaillées de décharges plasma de type « streamer ». Pour ce faire, le candidat utilisera le code AVBP (http://www.cerfacs.fr/avbp7x) et son extension plasma [1] pour effectuer des calculs détaillés de décharges NRP en présence d’un écoulement. Ce type de simulation est particulièrement exigeant en ce qui concerne les petites structures qui doivent être capturées pour décrire la décharge. De plus, la simulation des décharges NRP implique une large gamme d’échelles de temps, allant de la nanoseconde à la milliseconde. Ainsi, des techniques numériques doivent être développées pour réduire considérablement le coût de la simulation. L’une de ces techniques est le Raffinement de Maillage Adaptatif (AMR), qui consiste à affiner uniquement des zones très spécifiques, le reste du domaine étant maillé plus grossièrement. Cette méthode a été largement appliquée dans d’autres domaines tels que l’aérodynamique et les écoulements réactifs [2] (voir Fig. 1). Cependant, elle doit être adaptée à la physique des plasmas, en particulier le choix de la métrique. Les premiers résultats ont été obtenus avec AVBP pour simuler une seule décharge 2D avec AMR (voir Fig. 2). Ce cas 2D simple contribuera à consolider l’utilisation de l’AMR dans un cadre plasma et à l’étendre à un cas 3D incluant un mélange en écoulement. L’objectif final de ce stage sera de se familiariser avec la physique des décharges de plasma hors équilibre.
Programme de travail :
- Assimilation de la physique des décharges de plasma.
- Simulation d’une décharge en utilisant l’AMR et diverses métriques pour déclencher le raffinement du maillage (2D).
- Simulation d’une décharge dans un écoulement transversal (3D).
Programme technique :
- Effectuer des développements dans le langage Fortran au sein du code AVBP avec le soutien des chercheurs du CERFACS.
- Développer et améliorer des scripts de prétraitement et de post-traitement en Python.
Une thèse (ANR JETHPAC) est financée pour septembre 2024, offrant une opportunité aux candidats très motivés de continuer à travailler dans le domaine de la combustion assistée par plasma.
Contacts: N. Barléon (barleon@cerfacs.fr), O. Vermorel (vermorel@cerfacs.fr), B. Cuenot (cuenot@cerfacs.fr)
[1] L. Cheng, N. Barleon, O. Vermorel, B. Cuenot, A. Bourdon, AVIP: a low temperature plasma code (2022). arXiv:2201.01291.
[2] B. Vanbersel, F. A. M. Ramirez, P. Mohanamuraly, G. Staffelbach, T. Jaravel, Q. Douasbin, O. Dounia, O. Vermorel, A systematic adaptive mesh refinement method for large eddy simulation of turbulent flame propagation (Oct. 2023). doi:10.21203/rs.3.rs-3388018/v1.
