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Etude expérimentale d'un caloduc cryogénique pulsé de 2 m de long

Spécialité

Mécanique des fluides

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

29-12-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Romain Bruce
+33 1 69 08 47 82

Résumé/Summary

Sujet détaillé/Full description

Les caloducs cryogéniques pulsés ou "pulsating heat pipe" (PHP) constituent un lien thermique très performant entre la source de froid (cryo-générateur) et le système à refroidir. Ce système de transfert diphasique innovant peut transporter la chaleur par oscillations de la phase liquide sur de grande distance. La géométrie simple du caloduc correspond à un serpentin formé à partir d'un tube capillaire lisse. Son comportement thermo-hydraulique est assez complexe car il est issu de l'entretien permanent de nombreuses instabilités responsables d'un état de « non-équilibre » nécessaire à son bon fonctionnement.

Des études ont déjà été réalisées dans le laboratoire sur un long caloduc pulsé horizontal (1 m) en azote, néon et argon pour le refroidissement d'aimant supraconducteur de nouvelle génération. L'objectif du stage est de caractériser expérimentalement un caloduc pulsé horizontal de 2 m de long et de développer un système de mesure innovant directement placé dans l'écoulement.

Avec l'aide de l'équipe technique, l'étudiant participera aux sessions expérimentales (prise de données), analysera les résultats expérimentaux sous le logiciel Matlab. Pour identifier les différents phénomènes physiques intervenant dans le fonctionnement du caloduc oscillant, un système innovant, mesurant localement la température et la pression à l'intérieur des caloducs pulsés, sera mise au point et installé sur le banc d'essai. L'étudiant participera à son développement en modélisant numériquement le comportement thermique, voir dynamique, de ce système de mesure sous OpenFoam.
Pulsating Heat Pipes (PHP) are passive two-phase heat transfer devices consisting of a long capillary tube bent into many U-turns connecting the condenser part to the evaporator part. These innovative systems are thermally driven by an oscillatory ?ow of liquid slugs and vapor plugs coming from phase changes and pressure di?erences along the tube. The coupling of hydrodynamic and thermodynamic e?ects allows high heat transfer performances between the hot and the cold part (cryocooler).

Three closed-loop 1-meter long pulsating heat pipes have been developed by the laboratory using nitrogen and neon as working fluid to cool down next generation of superconducting magnet. The objective of this internship is to characterize a 2 meters long PHP and develop an innovative measurement system placed inside in contact with the fluid inside the system.

The student will participate in the experimental sessions (data acquisition) with the technical support needed and will analyze the experimental results under the Matlab software. An innovative system measuring locally both temperature and pressure will be design and install inside the PHP to improve the characterization of the fluid. The student will numerically model the thermal behavior of this system using the OpenFoam software.

Mots clés/Keywords

Thermique, Diphasique, cryogénie, Méthodes numériques
Two phase flow, thermic, cryogenics,

Compétences/Skills

Instrumentation, Méthodes numériques

Logiciels

Matlab
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Etude thermo-mécanique des cryomodules pour le projet DONES

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

12-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

BAZIN Nicolas
+33 1 69 08 49 98

Résumé/Summary

Dans le cadre de l’étude du linac supraconducteur du projet DONES, le stagiaire participera aux études de l’ensemble des cryomodules en effectuant une partie des calculs thermo-mécaniques et en participant à la réalisation de la maquette 3D du linac supraconducteur.

Sujet détaillé/Full description

Le stage sera effectué au sein de l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers, dans le Départment des Accélérateurs, de cryogénie et de Magnétisme (DACM). Le DACM a pour mission de mener à bien, avec la communauté nationale et internationale, des recherches et des développements d’excellence dans le domaine des accélérateurs de particules, des systèmes cryogéniques et des aimants supraconducteurs destinés à la recherche fondamentale. Ce Service est composé de plusieurs laboratoires dont le Laboratoire d’Intégration et Développement des Cavités et Cryomodules (LIDC2) qui est chargé de la recherche sur les cavités accélératrices supraconductrices et de l’intégration de cryomodules.
Les cryomodules sont des éléments destinés à l’accélération de particules et comportent des cavités supraconductrices en niobium refroidies à la température de l’hélium liquide. Ce sont des systèmes mécaniques très complexes.
Dans le cadre de l’étude du linac supraconducteur du projet DONES, le CEA a la responsabilité de concevoir les cinq cryomodules de l’accélérateur. Sous la responsabilité du responsable du SRF Linac, le stagiaire participera aux études de l’ensemble des cryomodules. Il effectuera une partie des calculs scientifiques dans les domaines de la mécanique, de la thermique et du vide. Il participera à la réalisation de la maquette 3D du linac supraconducteur en collaboration avec les ingénieurs du projet.
Vous préparez un diplôme de niveau Bac+5 en Ingénierie généraliste avec une spécialisation en mécanique.
Vous avez acquis ou allez acquérir certaines des compétences suivantes :
• Connaissances en mécanique, structure, thermique
• Modélisation par éléments finis
• Conception assisté par ordinateur (Solidworks)
Créatif et ouvert, vous proposerez des solutions novatrices. Curieux et autonome, vous êtes doté d’un sens du relationnel et vous aimez travailler en équipe.

 

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