Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 23-04-2017

2 sujets IRFU

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• Energie, thermique, combustion, écoulements

 

Étude de boucles de circulation naturelle cryogéniques

SL-DRF-17-0552

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

Les boucles de circulation naturelle sont utilisées en cryogénie pour refroidir certains systèmes magnétiques. Pour des systèmes de grande puissance (plusieurs centaines de Watt), les boucles sont alimentées par un système de liquéfaction externe. Pour de systèmes développant des puissances en-deçà de 100 W fonctionnant à des températures comprises entre 20 et 100 K, les boucles de circulation peuvent être couplées à des cryogénérateurs faisant office de liquéfacteur. Du point de vue scientifique, les transferts de masse et de chaleur des fluides cryogéniques en boucle de circulation ont été peu étudiés. Le travail de thèse comprend un travail expérimental et une modélisation numérique. Les études expérimentales comprendront la caractérisation thermo-hydraulique de deux boucles, la détermination des transferts de chaleur pariétaux et les limites de fonctionnement avec différents fluides et principalement à l’azote. Les différents régimes de convection mixte en écoulement monophasique ou d’écoulements diphasiques seront étudiés. La thermo-hydraulique de ces écoulements sera étudiée numériquement en utilisant un code 1D (Comsol®) permettant de modéliser l’évolution des pressions, température du fluide et titre massique. Il devrait être modifié si nécessaire afin d’appréhender le modèle physique (modèle homogène ou à phase séparées) et modéliser les autres fluides ou configurations (verticales ou horizontales) de la partie échangeur.

Étude des transferts de masse et de chaleur en hélium superfluide en milieux confinés

SL-DRF-17-0548

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

La structure confinée des bobinages des aimants supraconducteurs d'accélérateur limite le refroidissement même lorsque le réfrigérant est l’hélium superfluide. Les isolations électriques créent un réseau de micro-canaux ayant des dimensions de l'ordre de 1 à 10 µm. L’espace entre les colliers, d’environ 200 µm, est un autre exemple. Lors des quenchs d’aimant (passage de l’état supra-conducteur à l’état résistif), la dissipation d’énergie est telle que l’hélium subit différents changements de régime thermique associés à des changements de phase. La compréhension des phénomènes thermiques en hélium superfluide à ce niveau de confinement est nécessaire pour l’étude des phénomènes transitoires comme les quenchs de ce type d’aimants. On propose d'étudier expérimentalement les transferts de chaleur en hélium superfluide dans des canaux, seul ou en réseau, ayant des diamètres hydrauliques allant de 200 µm à quelques microns. Les tests seront réalisés dans une station d’essais permettant de créer un bain d’hélium superfluide statique avec une température contrôlée au milli-kelvin. Les mesures seront couplées à une modélisation numérique sous Fluent®. Les transferts de chaleur seront étudiés en utilisant le modèle à deux fluides de Landau (équations Navier-Stoke modifiées) décrivant le comportement de l’hélium. Un code 3D a été développé et la modélisation des résultats expérimentaux devra être réalisée.
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