Optimisation des simulations aérothermiques à l'équilibre chimique

Thermohydraulique et mécanique des fluides Stage - Bac+5 - Optimisation des simulations aérothermiques à l'équilibre chimique - H/F Un aéronef effectuant une rentrée atmosphérique évolue typiquement dans des régimes hypersoniques. Sous de telles conditions, une onde de choc apparaît autour du véhicule, au sein de laquelle l’air incident est fortement compressé et ralenti. Il en résulte une augmentation drastique de la température et de la pression, provoquant la dissociation et l'ionisation des espèces chimiques. Dans ces conditions, l'hypothèse de gaz parfait n'est plus valable et les propriétés thermodynamiques et de transport doivent être déterminées à partir d'un calcul d'équilibre chimique. Celui-ci est généralement obtenu par minimisation de l'énergie libre de Gibbs, mais son coût devient prohibitif lorsqu'il est réalisé dans chaque maille et à chaque pas de temps d'un calcul CFD. Le développement de modèles de substitution capables de reproduire ces propriétés avec une précision élevée et un coût réduit constitue ainsi un enjeu majeur pour les simulations aérothermiques. L'objectif du stage est de développer une méthodologie de génération de tables thermochimiques et de transport destinées à la simulation des écoulements de rentrée atmosphérique, ainsi que leurs approximations polynomiales afin d'en permettre une utilisation efficace dans un code d'aérothermique. Dans un premier temps, le(la) stagiaire s'appuiera sur les travaux de Hansen (NASA, 1959) et des travaux internes afin de générer des tables pour l'air à l'équilibre chimique. Les compositions des mélanges pourront être calculées par minimisation de l'énergie libre de Gibbs à l'aide de la bibliothèque Mutation++. Cette méthodologie sera ensuite étendue aux mélanges contenant des produits d'ablation des protections thermiques, notamment le carbone et l'hydrogène. Les tables regrouperont les principales propriétés thermodynamiques ainsi que les propriétés de transport nécessaires à la résolution des équations de Navier-Stokes. Une attention particulière sera portée au développement d'approximations polynomiales multidimensionnelles des tables générées. Ces approximations devront reproduire avec précision les propriétés du mélange tout en réduisant fortement le coût d'évaluation par rapport à un calcul direct de l'équilibre chimique. La finalité du stage est d'intégrer ces développements dans un code CFD réalisant des simulations couplées d'ablation avec un écoulement à l'équilibre chimique incluant le transport des éléments. Les performances de cette approche seront comparées à celles d'une résolution faisant appel à Mutation++ dans chaque maille et à chaque pas de temps, ainsi qu'à une approche reposant sur un modèle de substitution par réseau de neurones déjà disponible. L'objectif sera d'évaluer le compromis entre précision et temps de calcul afin d'identifier la stratégie la plus adaptée aux simulations de rentrée atmosphérique à haute fidélité. Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes handicapées, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation pour l’inclusion des travailleurs handicapés. Participant à la protection nationale, une enquête administrative est réalisée pour tous les collaborateurs du CEA afin d'assurer l'intégrité et la sécurité de la nation.