Cette offre de thèse est pourvue 

Voir le sujet

English version

Equipe encadrante : P. Fede (pascal.fede@imft.fr), E. Climent (e.climent@imperial.ac.uk)

Laboratoire d’accueil :  nstitut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), Groupe Fluides & Particules, UMR 5502, Allée du Professeur Camille Soula, 31400 Toulouse

Laboratoire associé : Ayrton-Blériot Engineering Lab., IRL 2035, Londres, Royaume-Uni

Date de début : Automne 2025

Candidature [CV, motivations, contact] : P. Fede 

L’objet de la thèse est de simuler un écoulement turbulent par résolution directe (DNS) des équations de Navier-Stokes pour résoudre spatialement toutes les échelles de la turbulence, en particulier celles qui contrôlent le transport d’un scalaire passif (échelle de Batchelor). Le solveur DNS sera couplée au calcul de trajectoires de gouttes. Cette approche a déjà été utilisée dans plusieurs thèses notamment récemment dans celle de A. Boutsikakis afin d’analyser l’effet des force électrostatiques sur la dispersion de particules [4]. Dans les simulations des trajectoires de gouttes, nous allons prendre en compte les derniers développements comprenant les effets de la force de portance et d’histoire (cas particulier des gouttes [1-2]). Enfin pour le transfert interfacial, nous avons désormais des lois de fermeture fiables pour une large gamme de Reynolds et de Péclet pour des systèmes liquide-liquide ou gaz-liquide [3].

Avec cet outil, nous souhaitons aborder trois situations concrètes de complexité croissante :

• la capture de CO₂ (ou d’aérosols) par un nuage de gouttelettes en chute libre dans un écoulement turbulent. Ici, le transfert gaz-liquide qui pilote le flux de matière absorbé est fonction de l’accumulation préférentielle des gouttelettes dans certaines zones de l’écoulement plus ou moins chargées en scalaire passif.

• le transfert liquide-liquide que l’on peut rencontrer dans les suspensions dispersées de gouttelettes en génie chimique lors de l’extraction par un solvent (extraction possiblement réactive, réaction interne aux gouttelettes pour accélérer le transfert physique).
• la croissance de gouttes dans un écoulement turbulent chargé en humidité. La croissance des gouttes conduisant à une distribution de taille hétérogène se fait par croissance des gouttes due à l’humidité présente dans le gaz porteur et par coalescence (les gouttes de taille différente collisionnent lorsqu’elles sédimentent sous l’effet de la gravité). Cette problématique de micro-physique dans les nuages est encore très mal modélisée par les approches macroscopiques.

Les résultats de simulation dont les grandeurs statistiques seront confrontées à des théories ou des résultats expérimentaux (collab. Y. Hardalupas, Imperial College) permettront d’améliorer la fiabilité de la modélisation macroscopique (Wunsch TI, 2009) de ces phénomènes complexes, éléments clés du dimensionnement de procédés plus efficaces et moins polluants ou de la prédiction de phénomènes naturels.