Chercheur Post-Doctorant H/F - ANR FILLMORE

Ref Emploi : LOCIEFILLMORE
Affectation : Laboratoire LOCIE (composante d’affectation : Polytech Annecy-Chambéry)

I. Description du projet et activités de recherche associées
Simulations de l'hydrodynamique de films liquides ruisselant sur des surfaces à géométries complexes avec mouillage partiel

La demande mondiale rapide de systèmes énergétiques issus des énergies fossiles conduit au développement de nouvelles technologies où les transferts de chaleur et de masse sont de première importance, comme les systèmes de refroidissement par évaporation utilisés dans la production d'énergie ou dans la mobilité, de nombreuses installations d'absorption, de dioxyde de carbone captage, distillation, dessalement, traitement de l’eau, etc. Dans nombre de ces systèmes, des films liquides sont utilisés pour améliorer les transferts de chaleur et de masse. Maîtriser, concevoir, modéliser et contrôler de tels systèmes constitue donc un défi scientifique crucial. De nombreux systèmes technologiques mettent en œuvre des films liquides ruisselants pour intensifier les transferts de masse et de chaleur. Cette stratégie est principalement utilisée dans les procédés d'absorption ou de distillation, dans les tours de refroidissement ou dans les systèmes de refroidissement pour la mobilité électrique. Les films liquides minces s'écoulent généralement sur des surfaces complexes, caractérisées par la présence et la répétition de caractéristiques géométriques ou de topographies, telles que des ondulations, des fentes ou des perforations. Le projet FILLMORE vise à accroître la connaissance, la compréhension et le contrôle des interactions entre les films liquides et la géométrie des parois en examinant comment ces interactions apparaissent à différentes échelles spatiales, dans le but d'optimiser les transferts.

Dans ce cadre, nous développerons une approche fondée sur des modèles de Saint-Venant visqueux consistents obtenus en faisant la moyenne de l'épaisseur du film. L'approche aux résidus pondérés préserve la consistence des modèles par rapport au développement en ondes longues et fournit une représentation précise de la dynamique ondulatoire d'un film tombant à un faible coût de calcul en réduisant la dimension du problème de 3D à 2D. Les phénomènes de mouillage et de capillarité seront pris en compte à l'aide d'une formulation augmentée avec l'introduction d'une vitesse fictive dont l'énergie cinétique est égale à l'énergie de surface. La topographie, c'est-à-dire les ondulations et les trous, sera prise en compte ci-après. Les trous peuvent être modélisés en continu en introduisant une limite fictive au niveau du plan médian du trou au niveau de laquelle un film précurseur très mince est maintenu par une formulation de pression de disjonction attractive-répulsive. La transition entre une condition aux limites sans glissement au niveau de la plaque et une condition aux limites sans cisaillement au niveau de la limite fictive à l'intérieur du trou sera assurée par une longueur de glissement de Navier qui varie continuellement. Le mouillage partiel sera pris en compte soit par une approche de pression de disjonction, soit en imposant un modèle de Cox-Voinov d'angle de contact dynamique. Le modèle permettra un éventuel échange de masse entre les films se développant sur les côtés opposés d'une plaque perforée. Des simulations utilisant les modèles de Saint-Venant permettront l'étude de la dynamique du film liquide à l'échelle d'une plaque (mésoéchelle) en complément des études CFD. Comparaisons avec les calculs CFD permettra de valider les hypothèses de fermeture (champ de vitesse) des modèles. Dans un premier temps, les configurations considérées seront celles considérées dans l’étude expérimentale de la thèse de Periyapattana-Iyer effectuée au LGPM. pour une perforation unique ou un réseau de perforations sur une plaque plane. L'interaction du forçage d'entrée et des ondulations des parois sur la dynamique des ondes de Kapitza sera d'abord évaluée dans les configurations testées expérimentalement par Al Sayegh et al. visant à identifier les conditions d'apparition (c'est-à-dire les fréquences de forçage des entrées, l'orientation et la taille des ondulations des parois) et le mécanisme de formation des grandes vagues de « tsunami » signalées expérimentalement. Ensuite, les conditions expérimentales étudiées dans le WP1 du projet FILLMORE seront considérées. Les épaisseurs de film mesurées et calculées, les fractions mouillées et la quantité de liquide passant à travers les perforations seront calculées et comparées aux données expérimentales.
II. Missions et activités du poste
Le postdoctorant sera chargé d'implémenter le modèle en eaux peu profondes (SW) dans un solveur numérique développé en interne (collaboration avec l’équipe EDP du LAMA, laboratoire de mathématiques de l’université Savoie Mont Blanc). Il réalisera les simulations numériques pour valider le modèle SW par rapport aux résultats expérimentaux (WP1) et alimenter le développement d'un modèle compartimental (WP3) développé par IFPEN.

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