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Grenoble INP
Science et ingénierie des matériaux et des procédés

MODELISATION DES PHENOMENES COUPLES

Chercheurs - Enseignants Chercheurs : O. Budenkova, G. Chichignoud, Y. Delannoy, Y. Duterrail, Y. Fautrelle, Annie Gagnoud, Laurent Davoust

Le groupe EPM modélise des phénomènes électromagnétique, thermique et hydrodynamique ainsi que leurs interactions/couplages. Ces phénomènes peuvent être accompagnés par des changements de phases.
Le portefeuille de codes du groupe est varié et adapté au cas par cas : outils spécifiques et/ou codes commerciaux.
Notre savoir-faire est lié
  • à l’utilisation des codes,
  • au couplage de codes,
  • à la maitrise des méthodes numériques (méthode des éléments finis, des volumes finis et intégrale)
  • à la conception de modules spécifiques et validés.
Les challenges des dernières années ont été : l’évolution de la complexité des géométries modélisées (configurations fortement 3D, multi-échelles) et le développement de solutions logiciels parallélisées.

 

Exemple 1 - Procédé de vitrification des déchets radioactifs en creuset froid inductif


Par rapport au creuset chaud, les principaux avantages du creuset froid pour la vitrification des déchets nucléaires sont :
  • l’augmentation des taux de la vitrification et de la durée de vie de l'équipement. (10 fois plus grande)
  • des températures supérieures à 1200 ° C qui autorisent la vitrification d'un plus large éventail de produits de fission
  • la réduction du volume des déchets et la simplification du conditionnement final facilitant le transport et le stockage

Objectif : améliorer la prédiction des simulations numériques, notamment en introduisant des phénomènes non pris encore en compte (rayonnement interne, rhéologie du verre...) afin d’optimiser les fours existants et en concevoir de nouveaux.
 


Exemple 2 - Modules pour la solidification des alliages métalliques couplée à la convection des métaux liquides


Deux codes de modélisation de la solidification des alliages binaires ont été validés grâce à des expériences benchmark réalisé avec « AFRODITE » pour des alliages métalliques binaires. La simulation d'alliages ternaires avec  formation d’une phase intermétallique a aussi été réalisée. (ci-dessous solidification d'un alliage Al5-Si-Fe). Des modules pour la solidification sous écoulement turbulent, l'effet des champs magnétiques statiques modérés ou intenses sur les structures solidifiées, la solidification en régime equiaxe pur et la transition du régime colonnaires au régime equiaxe (CET).
 
 
 

Exemple 3 - Développement d'outils spécifiques : Migen, ModeLitz et Aequatio


Les logiciels Migen et ModeLitz sont des logiciels dédiés à la modélisation électromagnétique des systèmes inductifs. Ils sont basés sur la méthode intégrale et ainsi ne nécessitent pas le maillage de l'air entre les divers éléments de l'installation. (ci-dessous la répartition de la puissance dissipée par effet Joule dans une portion de câble multibrins)


 

Aequatio est un code générique conçu multi-équations, multi-maillages, basé sur la méthode des éléments finis. Ainsi il est adapté à tous les problèmes couplés et particulièrement bien adapté aux problèmes multi-échelles. Il a déjà démontré son efficacité par exemple pour décrire la tendance à l'agrégation de particules conductrices de l’électricité placée dans un fluide isolant placé dans un champ magnétique alternatif (ci-dessous maillages pour une particule conductrice d’électricité placé dans un bain non conducteur et dans un champ magnétique alternatif)

Exemple 4 – Ecoulement diphasique


Dans le réacteur rapide à sels fondus (MSFR) les matières fissiles sont dissoutes dans un sel de fluorure fondu. Dans la boucle primaire, ce sel sert à la fois de combustible et de liquide de refroidissement. Pour extraire les produits de fission, une injection de bulles d'hélium est proposé afin de favoriser l'adsorption des produits de fission aux interfaces liquide-gaz et l'absorption des particules solides. A terme un champ magnétique pourrait être utilisé pour favoriser la séparation des bulles. (ci-dessous : les lignes de courant et la fraction volumique avec et sans champ magnétique et la différence entre les deux)

Rédigé par Jacqueline Etay

mise à jour le 26 novembre 2014

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