5 - 6 mois

Développement d’outils numériques couplant cinétique chimique et plasma hors-équilibre pour l’analyse conjointe modélisation/expérience

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Offre de stage de Master en simulation numérique dans l'équipe Combustion Turbulente.

Les technologies plasma sont déjà matures pour de nombreuses applications industrielles mais présentent toujours un potentiel très important dans les domaines de la transition énergétique1 comme celui de la propulsion aéronautique2 et spatiale. Les technologies associées sont très variées, par exemple, un réacteur catalytique pour le stockage de CO2 ou des systèmes d’allumage adaptés au contrôle des processus de combustion. Quelle que soit l’application, des recherches sont nécessaires pour comprendre les interactions entre le plasma et l’écoulement. Ces études vont nécessiter des outils numériques de simulation pour compléter les données expérimentales. Un des principaux verrous au développement de ces outils est la modélisation de la cinétique chimique en présence d’un très grand nombre d’espèces chargées et de réactions induites par le plasma. La voie envisagée dans le cadre de ce projet pour aborder ces problèmes physiques multidimensionnels est l’analyse conjointe de la modélisation et des expériences. Les données issues d’expérience permettront de corriger ou d’optimiser des paramètres de modèles fluides basés sur une représentation simplifiée de la cinétique chimique. Une première étape consiste à développer des outils numériques simples (0D/1D) couplant un solveur de Boltzmann (librairie Bolos3) à un solveur de cinétique chimique (librairie Cantera4) pour décrire de manière la plus détaillée possible la cinétique des réactions chimiques en présence d’un plasma hors-équilibre. Ces outils serviront ensuite à développer des modèles du couplage plasma/cinétique pouvant être implémentés par la suite dans des modèles fluides classiques. Les résultats complèteront des données expérimentales pour analyser l’impact du plasma sur l’écoulement.

Les recherches réalisées dans les laboratoires Poitevin Pprime et IC2MP concernent des disciplines très variées couvrant un large spectre de thématiques et de compétences complémentaires allant de la physique des matériaux à la mécanique des fluides, de la chimie à l’énergétique. Ce projet se situe à l’interface entre les recherches sur les plasmas qui sont aujourd’hui essentiellement expérimentales sur le site de Poitiers et les activités en simulations numériques des écoulements réactifs. L’objectif est donc de développer des outils numériques sur la base des compétences des équipes de combustion pour compléter les outils d’analyse dédiés aux études expérimentales sur les plasmas froids. Le candidat devra donc avoir de solides connaissances sur les plasmas froids et un intérêt prononcé pour la programmation et les développements numériques.

Références

1 Bogaerts, A., Centi, G., Plasma Technology for CO2 Conversion: A Personal Perspective on Prospects and Gaps, Front. Energy Res. 2020, 8, 111. https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.00111

2 M. Castela et al., 3-D DNS and experimental study of the effect of the recirculating flow pattern inside a reactive kernel produced by nanosecond plasma discharges in a methane-air mixture, Proceedings of the Combustion Institute, 2017, 36(3), 4095—4103. https://doi.org/10.1016/j.proci.2016.06.174

3 Hagelaar, G. J. M., Pitchford, L. C., Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models, Plasma Sources Sci. Technol., 2005, 14, 722–733. https://doi.org/10.1088/0963-0252/14/4/011

4 D. G. Goodwin et al., Cantera: An Object-oriented Software Toolkit for Chemical Kinetics, Thermodynamics, and Transport Processes. 2009, https://doi:10.5281/zenodo.1174508

Date de prise de fonction : Avril 2022

Durée du contrat : 5 à 6 mois

Contacts

Vincent ROBIN vincent.robin@ensma.fr

Ashwin Chinnayya ashwin.chinnayya@ensma.fr

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ENSMA
Téléport 2, 1 av. Clément Ader
86961 Futuroscope Chasseneuil

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12 mois

CHERCHEUR/POST-DOC (H/F) – Investigations expérimentales de stratégies de contrôle en boucle fermée pour la réduction d'impact du sillage d'un corps d'Ahmed

Au CNRS, Laboratoire PPRIME, situé au Futuroscope, ce post-doctorat s'inscrit dans le cadre du projet ANR COWAVE (Contrôle rétroactif du sillage d'un véhicule) entre les laboratoires PRISME à Orléans, Pprime à Poitiers, LHEEA à Nantes et l'industrie automobile PSA. Cette offre concerne la contribution de Pprime au projet COWAVE. Celle-ci consiste à explorer expérimentalement dans un canal hydrodynamique des stratégies de contrôle de sillage en boucle fermée avec des volets mobiles. Les sillages tridimensionnels de corps épais, du type corps d'Ahmed, génèrent une traînée de pression et des forces latérales, contribuant ainsi de manière significative à la consommation de carburant et aux émissions polluantes des véhicules routiers. Malgré les nombreuses tentatives réalisées pour minimiser l'impact des sillages sur l'environnement, on ne sait toujours pas quelle est la stratégie de contrôle la plus efficace ! Dans ce contexte, le projet ANR COWAVE aborde deux aspects fondamentaux du contrôle du sillage : premièrement, quels types d'actionneurs sont les plus efficaces ? Alors que la plupart des stratégies de contrôle en boucle fermée utilisent des effets d'entraînement visqueux pour actionner les couches de cisaillement dans le sillage, l'exploitation des forces de pression produites par des déflecteurs mobiles pourrait être une alternative intéressante à tester. Deuxièmement, pour la mise en œuvre de la commande en boucle fermée, nous voulons tester si les stratégies de commande obtenues par des techniques d'apprentissage automatique (Machine Learning) permettent d'obtenir une meilleure efficacité et une plus grande robustesse que les approches plus classiques basées sur des modèles. Pour postuler suivre ce lien https://bit.ly/3qDG6Ml / Date Limite Candidature : vendredi 12 mars 2021