Equipe TCM
Présentation de l'équipe TCM
L’équipe Transferts de Chaleur et de Matière (TCM) constitue un axe de recherche du laboratoire MSME depuis sa création en 2008. Elle développe des activités de recherche centrées autour de la modélisation et la simulation numérique des transferts de masse et d’énergie, essentiellement par convection, dans des configurations complexes d’intérêt académique ou appliqué. Les travaux, qui reposent ou requièrent des représentations multi-échelles et/ou multi-physiques, se basent majoritairement sur le développement de codes originaux avec également l’utilisation d’outils numériques commerciaux. Les travaux sont menés en collaboration pour les aspects théoriques ou expérimentaux avec les 3 autres équipes du laboratoire (équipes de Chimie théorique, Mécanique et Biomécanique) mais aussi des partenaires extérieurs académiques (IMFT, d’Alembert, CORIA, LEMTA, I2M), institutionnels (ONERA, CEA, CSTB, INRS) ou industriels (EDF, AIRBUS, SAFRAN, Arcelor-Mittal). Les problèmes étudiés dans l’équipe portent sur des thématiques de recherche amont, même si ils sont souvent motivés par un lien avec les applications, au travers d’activités contractuelles avec des partenaires institutionnels et industriels. L’objectif général des recherches menées dans l’équipe TCM est de construire des outils de modélisation et de simulation multi-échelle originaux, exploitant les ressources du calcul parallèle intensif, afin de comprendre et de caractériser des configurations de transferts de masse et de chaleur encore non maîtrisées ou comprises.
L’équipe TCM s’organise autour de deux thématiques principales, qui concernent la modélisation et la simulation numérique des transferts convectifs de masse et d’énergie
- Dans des milieux diphasiques
- Changement de phase en présence d’interfaces déformables ou de particules ;
- Modélisation/approximation des forces aux interfaces déformables et dans les milieux particulaires ;
- Modélisation LES de la Turbulence ;
- Développement de méthodes numériques originales pour la simulation multi-échelle.
- Dans des milieux complexes monophasiques
- Convection dans lesgaz raréfiés à bas nombre de Reynolds ;
- Convection turbulente anisotherme dans les fluides non-Newtoniens ;
- Convection dans des fluides faiblement chargés en particules micro et nano-métriques.
En complément de ces 2 axes de recherche prioritaires, d’autres activités complémentaires sont ou ont pu être menées par les différents membres de l’équipe TCM sur l’étude de problèmes de convection mixtes, d’instabilités thermo-convectives variées, d’écoulements en milieux poreux, ...
| Noms | Status | Page perso |
|---|---|---|
| CHENIER Eric | Maître de conférences HDR | Consulter |
| CHADIL Amine | Ingénieur de recherche | Consulter |
| LE CHENADEC Vincent | Maître de conférences | Consulter |
| NICOLAS Xavier | Maître de conférence | Consulter |
| SLECUK Savas Can | Maître de conférences | Consulter |
| TROUETTE Benoit | Maître de conférences | Consulter |
| VINCENT Stéphane | Professeur des universités | Consulter |
Cette activité regroupe des problèmes dans des milieux fluides hétérogènes (gaz, liquide, particules solides) où les transferts de masse ou/et de chaleur jouent des rôles prépondérants dans la compréhension de la physique. Cette thématique s’appuie sur le développement de codes de calcul originaux et la mise en place de modèles nouveaux pour l’analyse de phénomènes ou configurations physiques non encore complètement compris ou caractérisés.
On peut résumer les activités de cet axe en trois contributions majeures :
- En méthodes numériques : développement de codes de calcul volume finis pour les écoulements diphasiques avec interfaces déformables (Front Tracking, VOF, Level Set) ou particulaires (méthodes de pénalisation, frontières immergées), couplage vitesse-pression (lagrangien augmenté, méthodes de projection, solveurs non-linéaires), Navier-Stokes, Boltzmann, codes/solveurs massivement parallèles ;
- En modélisation : couplage turbulence/interface/particules et modèles LES, LES des écoulements diphasiques anisothermes, mouillabilité, transferts de chaleurs avec transfert de masse, couplage interfaces à grande échelle (modèles eulériens) et interfaces sous-mailles (modèles lagrangiens ou eulériens), couplage modèles de film et modèles continus ;
- En physique nouvelle : interaction plasma/jets liquides, effets Marangoni et instabilités hydrodynamiques aux interfaces, atomisation de jets et de nappes liquides, interaction particules/turbulence, lits fluidisés et écoulements particulaires denses, transferts couplés avec changement de phase liquide/solide et calcul des contraintes solides, dynamique de bulles multi-échelles dans des conduites.
Fort des collaborations et de l’expérience de l’équipe, les problématiques visées, qu’elles soient fondamentales ou appliquées, concernent la fragmentation de jets ou de nappes liquides, les écoulements à bulle multi-régimes dans des conduites, les échangeurs de chaleurs, la conception de revêtements et de dépôts par projection plasma, le contrôle et la mise en œuvre de matériaux composites, le refroidissement et la lubrification dans les systèmes mécaniques (moteurs par exemples), la caractérisation des systèmes de propulsion terrestres, aéronautiques et spatiaux, les écoulements environnementaux, la santé au travail ou les lits fluidisés pour n’en donner qu’une liste non-exhaustive.
Convection dans les gaz raréfiés à bas nombre de Reynolds
Cet axe de recherche regroupe un ensemble de travaux dans lesquels le libre parcours moyen des molécules du fluide considéré est de l’ordre de 1/10 de la longueur caractéristique du problème. Sous cette hypothèse, les équations de Navier-Stokes s’appliquent encore mais la raréfaction du fluide au voisinage des parois nécessite de tenir compte de phénomènes absents à plus grande échelle (glissements dynamique et thermique, pompage thermique, …). Ainsi, avec le développement de codes de calcul dédiés (dynamique moléculaire, code milieux continus, codes couplés), dans le cadre des activités transversales du laboratoire, les travaux de l’équipe se sont focalisés sur les activités de recherche suivantes :
- Modélisation multi-échelle d’écoulements dans des micro-canaux par couplage dynamique moléculaire/milieux continus, modélisation hybride Volumes Finis/Dynamique moléculaire pour les écoulements et transferts multi-échelles pour des gaz à grand nombre de Knudsen ;
- Modélisation eulérienne continue des écoulements raréfiés à petite échelle, transferts en milieux poreux, écoulements en micro-conduite avec modélisation de lois de parois spécifiques ;
- Modélisation de l’interaction gaz-parois par dynamique moléculaire, simulation des collisions, construction des modèles d’interfaces statistiques et macroscopiques, développement des méthodes d’identification de paramètres;
- Transferts dans des canaux micrométriques caractéristiques de milieux poreux ou de micro-conduites ;
- Développement de modèles de changement d’échelle, de couplage de modèles, et de méthodes numériques originales.
Convection turbulente anisotherme dans les fluides non-Newtoniens
- Caractérisation des transferts de quantité de mouvement et de chaleur dans des fluides non-newtoniens en régimes laminaire et turbulent ;
- Modélisation LES dans les fluides non-newtoniens thermodépendants.
Convection dans des fluides faiblement chargés en particules micro et nano-métriques
- Caractérisation des lois de transferts dans des fluides chargés en nano-particules ;
- Modalisation Eulérienne et lagrangienne de l’interaction de nano-particules avec des écoulements de gaz porteurs turbulents.
