Type de poste
Description

Contexte

L’électrohydrodynamique, qui porte sur l’étude des écoulements de fluides chargés électriquement est une discipline qui connait de nombreuses applications dans des domaines très variés allant du refroidissement en microélectronique au traitement de surface en passant par le traitement de surface et la propulsion aerospatiale [1]. Pour concevoir ces dispositifs, il est nécessaire de se doter d’outils de simulation performants qui représentent finement les phénomènes physiques mis en œuvre que sont l’électromagnétisme, la conduction électrique (transport de charges, dissociation…), la mécanique des fluides et ainsi que la thermique. Même si certains problèmes restent encore ouverts, la simulation de chacun de ces phénomènes physiques séparément commence à être mature. Par contre, la simulation couplée de l’ensemble de ces phénomènes physiques restent très complexes. Elle n’est appliquée pour le moment que dans le cas de géométries simples et nécessite des ressources de calcul importantes [2][3][4]. Il convient donc de poursuivre le développement de modèles de simulation plus adaptés à une utilisation industrielle.

Le laboratoire L2EP (http://l2ep.univ-lille.fr/) possède une forte expérience dans le domaine de la simulation numérique en électromagnétisme appliquée aux dispositifs électriques et capitalise ses résultats au sein du code code_Carmel [5]. Le laboratoire d’Ingénieurie des Fluides et des Systèmes Énergétiques développe depuis de nombreuses années des codes calculs multiphysique en mécanique des fluides appliquées aux systèmes fluides complexes [6-14]. Les deux laboratoires se proposent de mettre en commun leur expertise et leur savoir-faire afin de développer des modèles électrohydrodynamiques performants et répondant à des applications spécifiques.

Description

Le travail de master aura pour objectif tout d’abord d’effectuer un état de l’art sur la simulation numérique en électrohydrodynamique de manière à bien identifier les verrous. Ensuite, un modèle de simulation numérique en électrohydrodynamique sera développé en se basant sur le code de mécanique des fluides CFDKit du laboratoire LIFSE. Il s’agira d’y implanter les équations de l’électrostatique et de conduction électrique. Ce modèle sera d’abord appliqué à des cas simples pour aller ensuite vers des applications de plus en plus réalistes.

Références

[1] In-atmosphere electrohydrodynamic propulsion aircraft with wireless supply onboard, V. Y. Khomich, I. E.Rebrov, Journal of Electrostatics, 95 (2018)

[2] Numerical simulation of the electrohydrodynamic effects on bubble rising using the SPH method, A. Rahmat, N. Tofighi, M. Yildiz, International Journal of Heat and Fluid Flow, 62 (2016)

[3] Electrohydrodynamic simulation of electrically controlled droplet generation, Y. Ouedraogo and al, International Journal of Heat and Fluid Flow, 64 (2017)

[4]Simulation of Simultaneous Electrostatic Precipitation and Trace Gas Adsorption : Electrohydrodynamic Effects, H.L. Clack, Front. Energy Res., 5:3 (2017)

[5] http://code-carmel.univ-lille1.fr/

[6] Khelladi S., Nogueira X., Bakir F., Colominas I., "Toward a Higher-Order Unsteady Finite Volume Solver Based on Reproducing Kernel Particle Method",
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 200, pp. 2348-2362, 2011.

[7] Nogueira X., Khelladi S., Cueto-Felgueroso L., Colominas I., Paris J., Gomez H., "High-resolution finite volume methods on unstructured grids for turbulence and aeroacoustics", 
Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 18/3, pp 315-340, 2011.

[8] Ata R., Pavan S. Khelladi S., Toro E.F.,"A Weighted Average Flux (WAF) scheme applied to shallow water equations for real-life applications", 
Advances in Water Resources, Volume 62, Part A, pp. 155–172, 2013.

[9] Ramırez L., Nogueira X., Khelladi S., Chassaing J.-C., Colominas I., "A new higher-order finite volume method based on Moving Least Squares for the resolution of 
the incompressible Navier-Stokes equations on unstructured grids", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 278, pp. 883–901, 2014. 

[10] Ramirez L., Foulquié Ch., Nogueira X., Khelladi S., Chassaing J.-C., Colominas I. "New High-Resolution-Preserving Sliding mesh Techniques for Higher-order Finite Volume Schemes", 
Computers and Fluids, vol. 118, pp. 114–130, 2015.

[11] Nogueira X., Ramirez L., Khelladi S., Chassaing J.-C., Colominas I. "A high-order density-based finite volume method for the computation of all-speed flows", 
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 298, pp 229–251, 2016.

[12] L. Ramı́rez, X. Nogueira, P. Ouro, F. Navarrina, S. Khelladi, I. Colominas, "A higher-order Chimera method for finite volume schemes", 
Archives of Computational Methods in Engineering,  Volume 25, Issue 3, pp 691–706, 2018

[13] A. Martínez, L. Ramirez, X. Nogueira, S. Khelladi, F. Navarrina, "A high-order finite volume method with improved isotherms reconstruction for the computation 
of multiphase flows using the Navier-Stokes-Korteweg equations" Computers & Mathematics with Applications, Vol. 79, Issue 3, pp. 673-696, 2020 

[14] Nogueira X., Ramirez L., Fernández-Fidalgo J., Deligant M., Khelladi S., Chassaing J.-C., Navarrina F., "An a posteriori-implicit turbulent model with automatic 
dissipation adjustment for Large Eddy Simulation of compressible flows", Computers and Fluids, Vol. 197, 104371, 2020

Modalités

Stage d’une durée de 4 à 5 mois à partir de mars 2020, au Laboratoire d’Ingénierie des Fluides et Systèmes Energétiques de l’ENSAM Paris.
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