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Propositions de thèses 2018

Modélisation multi-échelle de la combustion d'un nuage de particules : mélanges hybrides et transferts radiatifs

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Lieu de thèse : IRSN Cadarache (St-Paul-lez-Durance) et éventuellement IMFT (Toulouse)

Date de début : octobre 2018



Compétences recherchées


Master mécanique énergétique et/ou mécanique des fluides numériques



Sujet de thèse

Les risques d'explosion de poussières sont fréquemment rencontrés dans les installations industrielles. Les secteurs industriels concernés sont nombreux (industrie pharmaceutique, céréalière...) et les composés pulvérulents mis en jeu sont d'une grande diversité (matières organiques...). Dans le secteur nucléaire, un des scénarios étudié traite du risque d'explosion de poussières de graphite lié aux opérations de démantèlement des réacteurs UNGG (Uranium Natural Graphite Gaz). D'autres types de poussières sont concernés par le risque d'explosion comme par exemple les poudres de zirconium mises en oeuvre dans la fabrication des gaines de combustible ou des poussières de graphite et de tungstène ou de béryllium remises en suspension dans le tore ITER en cas d'accident de perte de vide.

La thèse proposée s'inscrit dans le cadre du développement d'un outil de calcul prédictif de propagation de flamme plane laminaire dans un nuage de poussières. Les modèles de vitesse de flamme turbulentes étant construits comme une correction de la vitesse de flamme laminaire, cet outil sera utilisé comme préprocesseur d'un calcul P2REMICS à la manière de CHEMKIN ou CANTERA pour les mélanges gazeux. Un tel outil est indispensable, dans la mesure où le nombre de paramètres (composition, granulométrie...) est trop grand pour permettre une exploration expérimentale systématique. Cette exploration expérimentale est de plus rendue difficile dans la mesure où la mise en suspension des poussières pour obtenir un nuage homogène permet difficilement de s'affranchir des effets de la turbulence.

Les développements menés au cours d'une première thèse sur le sujet ont permis de développer un code de simulation Euler-Lagrange pour la combustion de particules de graphite. Les développements menés dans le cadre d'une technique de changement d'échelle ont permis d'apporter une analyse critique de la modélisation des transferts de masse et de chaleur. Le sujet de thèse proposé consiste à poursuivre les développements menés pour des particules de graphite et de prendre en compte des mélanges dits hybrides, c'est-à-dire des mélanges constitués de particules de graphite et des particules métalliques. Il s'agit principalement de particule de fer ou d'aluminium pour les applications UNGG et du tungstène ou du béryllium pour les applications ITER. Pour ce type de particules, les transferts radiatifs jouent un rôle important sur la vitesse du front de combustion et leur modélisation s'appuiera sur la technique de changement d'échelle utilisée pour décrire les transferts chaleur par conducto-convection.

Laboratoire IRSN impliqué

Contact

​Fabien Duval


Tél. : 04 42 19 95 07


IRSN

Centre de Cadarache

PSN-RES/SA2I/LIE

Bâtiment 288

13115 Saint-Paul-lez-Durance