Pour évaluer la sûreté des centrales nucléaires, le CEA développe et utilise des outils de simulation multi-échelles en thermohydraulique. L’application de la CFD aux écoulements diphasiques est limitée car elle nécessite de nombreux modèles difficiles à déterminer. Parmi nos autres ces outils, les simulations numériques directes (DNS) à interfaces résolues fournissent des données de référence inaccessibles par des moyens expérimentaux. C'est par exemple le cas des essaims de bulles, où les transferts de chaleur et de masse sont influencés par des effets collectifs complexes.

Afin de réduire le coût de ces simulations DNS, nous avons récemment développé une approche [1] qui montre des résultats prometteurs : elle consiste à coupler une résolution fine des transferts thermiques aux interfaces liquide-vapeur à un champ lointain calculé sur un maillage moins résolu. Pour élargir l'application de cette méthode à des cas plus industriels, il est nécessaire de prendre en compte les collisions entre bulles et d’adapter le modèle au changement de phase.

Nous proposons au cours de cette thèse de commencer par ce travail de modélisation physique et son implémentation en C++ dans notre code open-source de simulation TRUST/TrioCFD [2]. Ensuite, nous utiliserons cette nouvelle capacité pour réaliser une étude paramétrique et une analyse physique approfondie des phénomènes qui mèneraitmèneront, à terme, à une amélioration des modèles de transfert de chaleur dans les codes industriels.

[1] M. Grosso, G. Bois, A. Toutant, Thermal boundary layer modelling for heat flux prediction of bubbles at saturation: A priori analysis based on fully-resolved simulations, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 222, 2024, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124980
[2] Trio_CFD webpage : http://triocfd.cea.fr/recherche/modelisation-physique/two-phase-flows