Étude numérique multi-échelle du transfert de masse dans les écoulements diphasiques

Laboratoire MSME, UMR CNRS 8208, Université Gustave Eiffel; Île-de-France; Sur place; EUR 60 000 - 80 000; Plein temps

Résumé du poste

Un laboratoire de recherche en mécanique des fluides recherche un stagiaire pour étudier les transferts de masse dans des écoulements diphasiques. Vous participerez à l'analyse, la modélisation et la simulation numérique, sous la direction de chercheurs expérimentés. Ce stage offre une opportunité unique de contribuer à des travaux de recherche applicables dans l'industrie. Une poursuite en thèse est envisageable.

Prestations

Encadrement par des experts

Possibilité de poursuite en thèse

Qualifications

• Connaissances en mécanique des fluides, transfert de masse, et écoulements diphasiques.
• Maîtrise de langages de programmation (Fortran pour le code CFD, Python pour le post-traitement).
• Rigueur, analyse critique et goût pour la recherche.

Responsabilités

• Analyse bibliographique sur les modèles de transfert de masse.
• Modélisation théorique et numérique des écoulements diphasiques.
• Validation et simulation numérique de transferts de masse.

Connaissances

Connaissances en mécanique des fluides

Maîtrise des langages de programmation

Rigueur

Analyse critique

Goût pour la recherche

Formation

Ingénieur en projet de fin d'études ou stagiaire M2

Outils

Fortran

Python

Description du poste

Description

Contexte : Les écoulements diphasiques (gaz-liquide, liquide-liquide) sont omniprésents dans les procédés industriels (réacteurs chimiques, colonnes de distillation, systèmes de purification d’eau, usines d’épuration, etc.) et les phénomènes naturels (évaporation, dissolution, etc.). La compréhension fine des mécanismes de transfert de masse à l’interface entre les phases est cruciale pour optimiser ces procédés. Ces transferts sont souvent gouvernés par des phénomènes multi-échelles, où les épaisseurs de la couche limite massique peut être très différentes des échelles locales de la dynamique.

Problématique : Dans les écoulements diphasiques, le transfert de masse est généralement modélisé à l’aide de coefficients de transfert empiriques, semi-empiriques ou à travers des modèles 1D. Ces approches ne capturent pas toujours correctement la physique, notamment le développement de la couche limite massique engendrée à l’interface entre des fluides non-miscibles. Or, le rapport des échelles donné par le nombre de Schmidt peut varier de plusieurs ordres de grandeur selon les fluides, ce qui influence fortement les mécanismes de transfert. Comment modéliser et quantifier ces interactions multi-échelles pour prédire avec précision le transfert de masse ?

Objectifs du stage

• Analyse bibliographique : Synthétiser l’état de l’art sur les modèles de transfert de masse en écoulements diphasiques, en insistant sur les approches multi-échelles.
• Modélisation théorique : Comprendre les équations du transfert de masse à travers des interfaces de fluides non-miscibles.
• Modélisation numérique : Participer au développement de l’outil numérique, en particulier pour la résolution du transfert de masse.
• Validation : Utiliser le code de calcul Fugu (outils de CFD développé au sein du lab. MSME) pour simuler des cas tests analytiques d’écoulements diphasiques ou de la littérature (ex. : bulle, goutte) et analyser l’influence du nombre du nombre de Schmidt et du maillage sur la précision des solutions numériques.
• Simulation numérique : Réaliser des calculs de transferts de masse dans des problèmes complexes, comparaison à des expériences.

Méthodologie

• Outils numériques : Prendre en main et développer dans le code CFD Fufu (code MSME / UGE) pour la simulation des écoulements diphasiques et du transfert de masse.
• Analyse dimensionnelle : Utilisation des paramètres adimensionnels (Schmidt, Reynolds, Sherwood, Morton, Eötvös) pour caractériser les régimes d’écoulement et les mécanismes de transfert.
• Approche multi-échelle : Décomposition des phénomènes en échelles (écoulement fluide, transfert massique) et analyse des couplages à l’interface entre les phases.

Compétences requises

• Connaissances en mécanique des fluides, transfert de masse, et écoulements diphasiques.
• Maîtrise de langages de programmation.
• Rigueur, analyse critique et goût pour la recherche.

Perspectives

Ce stage permettra de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux du transfert de masse en écoulements diphasiques, avec des applications directes dans l’optimisation des procédés industriels (intensification des transferts, réduction des coûts énergétiques). Les résultats pourront également alimenter des travaux de recherche plus larges sur la modélisation multi-échelle des écoulements.

Une poursuite en thèse sur la thématique des transferts de masse dans les écoulements diphasiques est envisagée.

Encadrement

• Eric Chénier, Professeur des Universités
• Benoît Trouette, Maître de Conférences HDR

Lieu

Université Gustave Eiffel

Cité Descartes

Champs-sur-Marne

Accès

RER A et future ligne 15, station Noisy-Champs

Références

• [1] P. K. Farsoiya, S. Popinet, and L. Deike. Bubble-mediated transfer of dilute gas in turbulence. Journal of Fluid Mechanics, : A34, .
• [2] A. Kherbeche, M. Mei, M.J. Thoraval, G. Hébrard and N. Dietrich. Hydrodynamics and gas-liquid mass transfer around a confined sliding bubble. Chemical Engineering Journal , , .
• [3] S. El Ouafa, S. Vincent, V. Le Chenadec, and B. Trouette. Fully-coupled parallel solver for the simulation of two-phase incompressible flows. Computers & Fluids, : , .
• [4] N. Djaballah, B. Trouette, E. Chénier, C. Selçuk, L. Libat and S. Vincent. New scheme for solving mass transfer between two immiscible phases with a two-field concentration approach on Cartesian meshes : Validation in bubble cases. Submitted to International Journal of Heat and Mass Transfer, .

Profile

Ingénieur en projet de fin d'études ou stagiaire M2

Compétences requises (profile)

• Connaissances en mécanique des fluides, transfert de masse, et écoulements diphasiques.
• Maîtrise des langages de programmation (Fortran pour le code CFD, Python pour le post-traitement).
• Rigueur, analyse critique et goût pour la recherche.

Possibilité de poursuite en thèse de doctorat sur le même sujet.

Starting date

02-16