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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-18-0851

DOMAINE DE RECHERCHE
Energie, thermique, combustion, écoulements / Sciences pour l'ingénieur
INTITULÉ DU SUJET Français English

Contribution à la modélisation thermique et dynamique d'écoulements oscillants appliqués au tube à gaz pulsé

RÉSUMÉ DU SUJET

Le Service des Basses Températures (SBT) du CEA/INAC développe une recherche à caractère principalement technologique dans une large gamme de températures depuis 120 K jusqu’à la dizaine de millikelvins. Le CETHIL (unité mixte CNRS, INSA, UCBL) est de son côté expert en simulation numérique pour des systèmes mettant en jeu des écoulements couplés à des transferts thermiques.

Au sein du SBT, l’équipe LCCS (Laboratoire de Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale) développe des systèmes de refroidissement de petites tailles pour une gamme de température entre 50 mK et 50 K. Parmi ces cryoréfrigérateurs, le tube à gaz pulsé est un développement important au sein de l’équipe. Basé sur le cycle thermodynamique de Stirling, ils permettent d’atteindre des températures allant de 4 K à 100 K avec de l’hélium. Ils sont utilisés dans des applications d’observation de la terre (type MTG, Met-image) à des températures de l’ordre de 50 K. Pour des missions d’observation de l’univers (ATHENA/X-IFU), un modèle opérant à 15 K a été développé et un prototype a démontré un fonctionnement à 4 K.

Au sein du CETHIL, l'équipe impliquée a une forte expertise dans la simulation numérique des transferts thermiques en milieu fluide. Elle utilise des codes CFD et a développé des codes internes de calculs dédiés à des études thermiques. L'équipe est également habituée à l'utilisation du calcul parallèle intensif.

Basée sur l’expertise des 2 laboratoires, l’objectif de la thèse est de développer un modèle de tube à gaz pulsé permettant de couvrir la gamme de fonctionnement entre 100 K – 4 K. Cela permettra d’avoir une meilleure compréhension des phénomènes en jeu et donc une amélioration plus rapide des performances. Pour cela, il faudra combiner des modèles thermiques à la dynamique des écoulements oscillants en prenant en compte les effets de gaz réels. Cet outil sera également très utile pour le dimensionnement de machines multi-étages (Bi-étagé, PT 15 K, …). Ce modèle sera ensuite évalué à partir de résultats expérimentaux obtenus précédemment au SBT mais également sur des bancs d’essais permettant de tester des sous-éléments du système pulse tube à développer pour les besoins de la thèse.

La thèse se déroulera à Lyon au sein du laboratoire CETHIL pour les aspects de simulation numérique et des périodes au SBT sont à prévoir lors des essais.

Le(La) candidat(e) recherché(e) doit être diplôme d’un master 2 ou d’une école d’ingénieur dans le domaine de la thermique, de la mécanique ou de l’énergétique. Il(Elle) doit impérativement présenter des connaissances en thermodynamique, transferts thermiques et en programmation avec un intérêt pour les machines thermiques et la physique.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master 2 ou Ecole d'ingénieur en thermique, mécanique ou énergétique.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut nanosciences et cryogénie
Service des Basses Températures
Laboratoire Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale
Centre : Grenoble
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2018
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Sylvain MARTIN  

CEA
DRF/INAC/SBT/LCCS
CEA-Grenoble
Service des Basses Température
INAC/SBT
17 rue des martyrs
38054 Grenoble Cedex 9

Téléphone : +33 4 38 78 31 71

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)
DIRECTEUR DE THÈSE

Shihe XIN

INSA Lyon
CETHIL (UMR 5008 INSA/CNRS/UCBL) Groupe Transferts Convectifs
9 Rue de la Physique
Campus La Doua - LyonTech
69621 Villeurbanne Cedex
France