Modélisation de la physique pariétale des écoulements gaz-liquide ascendants en lit fixe

La plupart des réactions chimiques à IFPEN mettent en œuvre des écoulements gaz-liquide dans des lits de particules solides poreuses de formes variées. Quand l’écoulement est ascendant, l’écoulement se présente sous la forme de bulles passant entre les grains de solides et le liquide passant dans le reste de la porosité. A basse vitesse, l’écoulement est gouverné par les forces visqueuse et capillaire et la gravité. Notre équipe a une bonne expérience de la simulation des lits fixes et des écoulements monophasiques (Simulation Numérique Directe) dans les lits fixes et nous souhaitons avec cette thèse avancer vers la modélisation directe des écoulements à bulles en lit fixe catalytique. 
La thèse commencera par s’intéresser à préciser la physique pariétale d’une bulle dans un liquide qui arrive à proximité d’une paroi non plane poreuse : création de film liquide, amincissement, disparition, … ? Cette partie sera essentiellement bibliographique mais pourra si besoin s’appuyer sur la réalisation de quelques expériences à l’ISTO. Un des enjeux sera de définir à quelle échelle spatiale et temporelle ont lieu les mécanismes et à proposer une modélisation compatible avec l’échelle de la simulation numérique (~10µm). Le modèle physique et les équations associées devront être choisis pour traiter correctement les inhomogénéités du solide aux différentes échelles (forme des particules et porosité).
Ensuite, les travaux concerneront l’implémentation du ou des modèles retenus dans OpenFOAM puis à la détermination des schémas numériques adaptés en particulier pour la reconstruction d’interface. Finalement, le modèle sera utilisé pour simuler un lit fixe de taille réacteur de laboratoire. Les simulations seront comparées avec des données expérimentales.
En nous rejoignant, vous pourrez repousser les limites de la simulation numérique d’écoulement complexe et nous aider à améliorer nos réacteurs de chimie verte.

Mots clefs: Enthousiasme, curiosité, modélisation, écoulement gaz-liquide, lois de paroi, OpenFOAM, Volume-of-Fluid, milieux poreux, 

• Directeur de thèse    Dr. Cyprien Soulaine, Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO)
• Ecole doctorale    EMSTU ED 552, https://collegedoctoral-cvl.fr/as/ed/page.pl?page=ed552 
• Encadrant IFPEN    Dr. Lionel Gamet, Direction Expérimentations et Procédés, Lionel.Gamet@ifpen.fr 
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France 
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2022
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Master/Ingénieur en mécanique des fluides, méthodes numériques 
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise de l’anglais et du français indispensable
• Autres qualifications    CFD, OpenFOAM, Programmation C++ / shell / Python, Génie chimique