2 axes thématiques, 6 équipes de recherche, 2 sites
L'originalité du M2P2 réside dans ses thèmes de recherche dans les domaines de la Mécanique des Fluides Numérique et du Génie des Procédés. La recherche en mécanique et modélisation est associée à un fort développement méthodologique autour de codes de calcul pour la simulation d'écoulements naturels et industriels. Dans le domaine du génie des procédés, la recherche concerne le développement de procédés innovants ainsi que l'étude des verrous mis en jeu dans ces procédés dans le cadre d'une forte activité contractuelle.
Xueru Yan, Stéphane Anguille, Marc Bendahan, Philippe Moulin. Ionic liquids combined with membrane separation processes: A review. Separation and Purification Technology, Elsevier, 2019, 222, pp.230-253. ⟨10.1016/j.seppur.2019.03.103⟩. ⟨hal-02119807⟩ Plus de détails...
Yongliang Feng, Pierre Boivin, Jérome Jacob, Pierre Sagaut. Hybrid recursive regularized lattice Boltzmann simulation of humid air with application to meteorological flows. Physical Review E , American Physical Society (APS), 2019. ⟨hal-02265484⟩ Plus de détails...
An extended version of the hybrid recursive regularized Lattice-Boltzmann model which incorporates external force is developed to simulate humid air flows with phase change mechanisms under the Boussinesq approximation. Mass and momentum conservation equations are solved by a regu-larized lattice Boltzmann approach well suited for high Reynolds number flows, whereas the energy and humidity related equations are solved by a finite volume approach. Two options are investigated to account for cloud formation in atmospheric flow simulations. The first option considers a single conservation equation for total water and an appropriate invariant variable of temperature. In the other approach, liquid and vapor are considered via two separated equations, and phase transition is accounted for via a relaxation procedure. The obtained models are then systematically validated on four well-established benchmark problems including a double diffusive Rayleigh Bénard convection of humid air, 2D and 3D thermal moist rising bubble under convective atmospheric environment as well as a shallow cumulus convection in framework of large-eddy simulation.
Yongliang Feng, Pierre Boivin, Jérome Jacob, Pierre Sagaut. Hybrid recursive regularized lattice Boltzmann simulation of humid air with application to meteorological flows. Physical Review E , American Physical Society (APS), 2019. ⟨hal-02265484⟩
G. Farag, Pierre Boivin, P. Sagaut. Interaction of two-dimensional spots with a heat releasing/absorbing shock wave: linear interaction approximation results. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2019, 871, pp.865-895. ⟨10.1017/jfm.2019.324⟩. ⟨hal-02142649⟩ Plus de détails...
The canonical interaction between a two-dimensional weak Gaussian disturbance (en-tropy spot, density spot, weak vortex) with an exothermic/endothermic planar shock wave is studied via the Linear Interaction Approximation. To this end, a unified framework based on an extended Kovasznay decomposition that simultaneously accounts for non-acoustic density disturbances along with a poloidal-toroidal splitting of the vorticity mode and for heat-release is proposed. An extended version of Chu's definition for the energy of disturbances in compressible flows encompassing multi-component mixtures of gases is also proposed. This new definition precludes spurious non-normal phenomena when computing the total energy of extended Kovasznay modes. Detailed results are provided for three cases, along with fully general expressions for mixed solutions that combine incoming vortical, entropy and density disturbances.
G. Farag, Pierre Boivin, P. Sagaut. Interaction of two-dimensional spots with a heat releasing/absorbing shock wave: linear interaction approximation results. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2019, 871, pp.865-895. ⟨10.1017/jfm.2019.324⟩. ⟨hal-02142649⟩
Clément Leonard, Jean-Henry Ferrasse, Sébastien Lefevre, Alain Viand, Olivier Boutin. Gas hold up in bubble column at high pressure and high temperature. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2019, 200, pp.186-202. ⟨10.1016/j.ces.2019.01.055⟩. ⟨hal-02177058⟩ Plus de détails...
Gas holdup of water/nitrogen, water-phenol/nitrogen and water-phenol/air systems was successfully measured by a method based on the use of a differential pressure sensor installed on a bubble column reactor, in a wide domain of temperature (from 100 to 300 degrees C) and pressure (from 10 to 30 MPa). These experimental conditions are little or no explored in literature. Results show a predominant influence of the superficial gas velocity, the evaporation of the liquid phase, the ratio of the gas volume flowrate on the liquid volume flowrate and the phenol concentration. Pressure and chemical reaction have little effect on gas holdup. The temperature has an effect in the case of phenol solutions. The different correlations and parameters influence determined in this work are very helpful for the design of gas liquid contactors (for instance bubble column) at high pressure and high temperature.
Clément Leonard, Jean-Henry Ferrasse, Sébastien Lefevre, Alain Viand, Olivier Boutin. Gas hold up in bubble column at high pressure and high temperature. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2019, 200, pp.186-202. ⟨10.1016/j.ces.2019.01.055⟩. ⟨hal-02177058⟩
Joana Silva, Salah Akkache, Ana Araújo, Yasmine Masmoudi, Rui Reis, et al.. Development of innovative medical devices by dispersing fatty acid eutectic blend on gauzes using supercritical particle generation processes. Materials Science and Engineering: C, Elsevier, 2019, 99, pp.599-610. ⟨hal-02016548⟩ Plus de détails...
Joana Silva, Salah Akkache, Ana Araújo, Yasmine Masmoudi, Rui Reis, et al.. Development of innovative medical devices by dispersing fatty acid eutectic blend on gauzes using supercritical particle generation processes. Materials Science and Engineering: C, Elsevier, 2019, 99, pp.599-610. ⟨hal-02016548⟩
Mercredi 30 Octobre 2019
- Vers un modèle prédictif pour reproduire les transitions de régime dans les écoulements gaz-liquide dans le code Neptune_CFD: d'un régime dispersé à un régime séparé / Soutenance de thèse de Emmanuel Vianney KUIDJO
Doctorant : Emmanuel Vianney KUIDJO
Date de la soutenance : Mercredi 30 Octobre 2019 à 14:00, Amphithéâtre de l'INSTN, CEA Saclay
Résumé de la thèse :
Dans les réacteurs nucléaires, différents régimes d'écoulements gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d'interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d'interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l'hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bifluide à trois champs dans NEPTUNE_CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu'à /recherche-m2p2-19/.5$ et une emphase est mise sur la prédiction de l'aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d'écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés.
Mots clés : écoulements gaz-liquide, régimes d'écoulement, modèle bifluide multichamp, équation de transport de l'interfaciale, NEPTUNE_CFD
Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Eric GONCALVES École Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechnique (ENSMA)
Rapporteur Mme Maria Vittoria SALVETTI Université de Pise
CoDirecteur de these M. Rémi ABGRALL Université de Zürich / Institut de Mathématiques
Examinateur Mme Maria Giovanna RODIO CEA Saclay
Examinateur M. Marc MASSOT Ecole Polytechnique / Centre de Mathématiques Appliquées
Jeudi 11 Juillet 2019
- Etude du Procédé Hydrothermal dédié aux traitement des déchets amiantés / Soutenance de thèse de Christ Terence NZOGO METOULE
Doctorant : Christ Terence NZOGO METOULE
Date de la soutenance : Jeudi 11 Juillet 2019 / 24 rue Joseph Fourier, 38400 Saint Martin d'Hères, Grenoble
Résumé de la thèse :
L'objectif de ce travail de doctorat est de démontrer la faisabilité de convertir des amiantes pures (chrysotile, amosite, crocidolite) et un matériau contenant de l'amiante (tuile en amiante ciment) en matériaux non dangereux via le traitement hydrothermal supercritique (400 ≤ T ≤ 750°C et P ≥ 21 MPa). Les expériences sont réalisées dans un réacteur fermé haute pression (30 MPa) et haute température (800°C) en inconel, conçu pour cette étude. Les conditions de température, concentration initiale et durée de traitement pour réaliser la destruction de l'amiante, observée en DRX, ont été obtenues à partir d'une étude paramétrique (T=750°C, t ≥ 1h et C ≥ 2.10-2 mg.mL-1). Les essais ont ensuite montré que la variété chrysotile et la tuile en amiante ciment sont transformés, respectivement en forstérite, qui peut évoluer en enstatite pour le premier et en un mélange de calcite, gehlenite et spurrite pour le second après une heure de traitement hydrothermal (analyses DRX, META). Dans le même temps, l'analyse META montre qu'aucune fibre de crocidolite n'est détectée après 3h de traitement pour une concentration initiale de 2.10-2 mg.mL-1 tandis que l'analyse DRX révèle le maintien de la structure asbestiforme à une la concentration de 20 mg.mL-1, pour la même durée de traitement. Aucun effet n'a été observé sur la structure cristalline des fibres d'amosite. Dans tous les cas, la persistance de résidus microparticulaire (structures allongées) fragilisés de 200 à 400nm (MEB) de longueur supérieure à 5 µm est observée. Un post-traitement aux ultrasons a été appliqué dans le but d'améliorer la fragmentation des structures allongées. Les analyses MEB appliquées à la méthode de comptage des particules montrent une diminution de 27 µm à 6 µm après post-traitement. Finalement, une première étude énergétique sur le procédé hydrothermal donné de premiers éléments sur son intérêt à l'échelle industrielle et sa viabilité à long terme par rapport au procédé à torche à plasma. Des travaux supplémentaires de confirmation des résultats sur la fragmentation des structures allongées doivent être menés. Des études énergétiques plus développées sont également nécessaire pour positionner le procédé.
Mots Clés : Hydrothermal, Amiante, Déchets, Procédés, Supercritique
Jury
Directeur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Jean Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Examinateur M. Stéphane DELABY Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
Rapporteur M. Sylvain FAURE CEA - Marcoule
Vendredi 5 Juillet 2019
- Modélisation numérique de la dynamique de particules molles en microcanaux / Soutenance de thèse de Jinming LYU
Doctorant : Jinming LYU
Date de la soutenance : Vendredi 5 Juillet 2019 à 14h00, Amphi 3A, Centrale Marseille
Résumé de la thèse :
Une vésicule est un système modèle utilisé pour comprendre le comportement dynamique en écoulement d’une particule molle fermée telle qu’un globule rouge. La membrane bicouche lipidique inextensible d’une vésicule admet une résistance d’élasticité en flexion. Lorsque dégonflée, c’est-à-dire pour un grand rapport surface sur volume, une vésicule présente des changements de formes remarquables. Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des dernières décennies dans la compréhension de leur dynamique en milieu infini. Ce manuscrit s’intéresse à la transition de formes et à la migration latérale d’une vésicule dans des écoulements confinés. L’approche est numérique, basée sur une méthode aux éléments finis de frontière (BEM) isogéométrique. Partant d’une version existante pour les écoulements de Stokes non confiné, un code original est développé pour prendre en compte les parois de microcanaux de section transversale arbitraire. L’essentiel des études porte sur la dynamique d’une vésicule transportée par un écoulement de Poiseuille dans une conduite de section circulaire. Tout d’abord, nous examinons les formes typiques des vésicules, les différents modes de migration latérale et la structure de l’écoulement des lipides dans la membrane, en fonction des trois paramètres sans dimension caractéristiques : le volume réduit, le confinement et le nombre capillaire (de flexion). Les transitions de forme et le diagramme de phase de formes stables pour plusieurs volumes réduits sont obtenus dans l’espace (confinement, nombre capillaire). Ils montrent une extension de l’ensemble des morphologies de la vésicule. L’interaction complexe entre la paroi du tube, les contraintes hydrodynamiques et l’élasticité de flexion de la membrane conduit à une dynamique bien plus riche. Nous étudions ensuite, via une version axisymétrique du modèle, le comportement de la vésicule lorsque des conditions de confinement deviennent sévères et imposent des formes de vésicule axisymétriques. Un accent particulier est mis sur la prédiction de la mobilité de la vésicule et de la perte de charge additionnelle induite par la présence de la vésicule. Cette dernière est importante pour comprendre la rhéologie d’une suspension diluée. De plus, sur la base des résultats numériques du comportement proche du confinement maximal, nous établissons plusieurs lois d’échelle portant sur la vitesse de la vésicule et sa longueur, ainsi que sur l’épaisseur du film de lubrification. Enfin, nous présentons un modèle hybride BEM–coarse-graining permettant d’adjoindre un cytosquelette à une vésicule pour étendre nos études au cas des globules rouges. La modélisation coarse-graining du cytosquelette repose sur un réseau de ressorts identifié à l’ensemble des arêtes du maillage d’éléments finis de la membrane de la vésicule. Les résultats numériques montrent que ce modèle à deux composants vésicule–cytosquelette est capable d’extraire les propriétés mécaniques des globules rouges et de prédire sa dynamique dans les écoulements de fluide.
Jury
Annie VIALLAT DR CNRS, CINaM, Marseille Présidente
Chaouqi MISBAH DR CNRS, LIPhy, Grenoble Rapporteur
Franck NICOUD PR Univ. de Montpellier, Montpellier Rapporteur
Marc LEONETTI CR CNRS, LRP, Grenoble Examinateur
Marc JAEGER PR ECM, Marseille Directeur de thèse
Paul G. CHEN CR CNRS, M2P2, Marseille Co-Directeur de thèse
Mardi 2 Juillet 2019
- Physique et modélisation du comportement des feux de forêts / Soutenance de thèse de Nicolas FRANGIEH
Doctorant : Nicolas FRANGIEH
Date de la soutenance : Mardi 2 Juillet 2019 à 10h30 / Centrale Marseille, Amphithéâtre 3
Résumé de la thèse :
La suppression des feux de forêt nécessite une bonne connaissance des mécanismes physiques régissant le comportement du feu (ignition, croissance initiale, propagation). En tant qu’outil complémentaire à la recherche expérimentale, la modélisation des feux de forêt est considérée comme une approche intéressante pour progresser sur la connaissance des différents processus rencontrés dans les feux de forêt.
Ce travail de recherche est dédié à l’étude numérique du comportement des feux se propageant librement à travers un couvert végétal homogène (depuis l’ignition jusqu’à la propagation), à l'aide du modèle "FireStar3D". Différentes configurations sont abordées dans cette thèse : les feux de litière réalisés à l’échelle du laboratoire en milieu confiné (dans le tunnel à feu du laboratoire de Missoula), et à plus grande échelle, les feux de prairie où deux types de ligne d’allumage ont été considérés (ligne de longueur finie et quasi-infinie). Les simulations ont été réalisées à l'aide de deux modèles de turbulence : le modèle k-e des équations de transport moyennées (approche RANS) et la simulation numérique des grandes structures (LES). La comparaison avec les données expérimentales concerne principalement la vitesse de propagation du feu, l'intensité du feu, la fréquence des fluctuations des flammes et la longueur d'onde caractérisant la structuration en crête et en creux du front de flammes dans la direction transversale. Les résultats numériques ont mis en évidence la compétition entre les forces de flottaison et les forces d'inertie du vent dans la détermination du comportement du feu, ainsi que la similarité dynamique du front de flammes (intensité et structuration 3D) à petite et grande échelles.
Cette thèse a été également menée dans le cadre du développement et de la validation du modèle "FireStar3D". Le niveau de détails dans le modèle physique, les propriétés de la méthode numérique utilisée et le bon accord obtenu avec les données expérimentales et numériques rapportées dans la littérature, ont permis à "FireStar3D" de se positionner favorablement au niveau international, parmi les outils numériques les plus couramment utilisés pour étudier le comportement des feux de forêt.
Mots Clés : Feux de forêts,Modélisation,Turbulence,Combustion,Transfert de chaleur,Simulation numérique,
Jury
Directeur de these M. Dominique MORVAN Aix-Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Jean-Louis ROSSI Université de Corse
Rapporteur M. Jean-Luc DUPUY Institut National de Recherche Agronomique (INRA)
Examinateur M. Olivier VAUQUELIN Aix-Marseille Université / IUSTI
Examinateur M. Thierry MARCELLI Université de Corse
Mercredi 3 Avril 2019
- Modélisation à l'échelle des sous-filtres algébriques explicites pour les méthodes de type DES et extension aux écoulements à densité variable / Soutenance de thèse de Adithya RAMANATHAN KRISHNAN
Doctorant : Adithya RAMANATHAN KRISHNAN
Date de la soutenance : Mercredi 3 Avril 2019 à 14h00 / M2P2 UMR7340 Centrale Marseille, Amphithéâtre 3
Résumé de la thèse :
Suite à l'accident nucléaire de Fukushima Daiichi, de nombreux projets ont été mis en place pour comprendre les phénomènes associés au risque de combustion. Le rôle de l'IRSN est de développer un modèle de turbulence générique dans le logiciel interne P2REMICS afin de mener des études de sûreté concernant les dangers de l'hydrogène. Dans cette thèse, l'objectif est d'améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d'un modèle à l'échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Le travail de validation est réalisé au regard des données DNS disponibles dans la littérature pour l'écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et le écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation (E-DES), aboutissant au modèle hybride explicite algébrique (EAHSM). L'étalonnage de la constante de modèle est effectué sur la décroissance de la turbulence isotrope. Après cela, des simulations 3D sont effectuées pour deux résolutions de maillage sur les deux cas mentionnés précédemment. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des écoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l'EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogènement cisaillé, en stratification stable, et l'écoulement de canal entièrement développé avec une stratification stable pour différents nombres de Richardson de frottement.
Mots Clés : Turbulence, écoulements stratifiés, modélisation
Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUTAix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Rémi MANCEAULaboratoire de mathématiques et de leurs applications - Pau (LMAP)
Rapporteur Mme Anne TANIEREUniversity of Lorraine
Examinateur M. Thomas GOMEZ Université de Lille, LMFL
Examinateur M. Fabien DUVALInstitut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
Examinateur M. Christophe FRIESSAix Marseille Université / M2P2
