Modélisation du refroidissement liquide à nombre de Prandtl élevé

L'avènement récent des véhicules électriques poussent les constructeurs automobiles à concevoir des moteurs électriques plus compacts tournant à des vitesses plus élevées, générant de forts flux thermiques dans un volume restreint. Le refroidissement est donc une problématique cruciale qu’il faut maitriser afin de préserver l’efficacité et la fiabilité d’une machine électrique. Il est envisagé d’utiliser des systèmes de refroidissement innovants basés sur des jets d'huile impactant directement les pièces critiques. Pour concevoir et évaluer les performances de ces systèmes, nous devons estimer les coefficients de transfert de chaleur entre le jet liquide et les parties solides du moteur dont les géométries et les états de surfaces sont complexes.
Le refroidissement direct par jet liquide est caractérisé par un écoulement sur des surfaces complexes avec des nombres de Prandtl élevés. La modélisation d’un tel écoulement implique la résolution d'une couche limite thermique très fine, notamment dans la zone d'impact du jet où le refroidissement est maximal. Pour les applications de refroidissement liquide, les géométries impactées par le film liquide sont grandes, le raffinement à apporter au maillage pour estimer correctement les transferts thermiques implique donc des temps de calcul souvent rédhibitoires.
Lors de ces travaux de thèse, nous mettrons en place une approche innovante basée sur le développement de modèles de sous-maille permettant l'évaluation fine des transferts thermiques. L’objectif est de proposer et d’implémenter une loi de paroi thermique adaptée aux écoulements bas Reynolds et haut Prandtl sur des surfaces lisses et complexes. La validation de ces développements se fera au moyen de mesures expérimentales réalisées à IFPEN ou issues de la littérature. Enfin, il sera réalisé des simulations de jet impactant, en variant diverses conditions afin de proposer une corrélation de Nusselt dédiée au refroidissement par jet impactant une surface complexe. 

Mots clefs : Refroidissement des moteurs électriques – simulation numérique – mécanique des fluides – transferts thermiques – loi de paroi thermique – écoulement diphasique – film liquide – méthode VOF

• Directeur de thèse    Pr, NICOUD Franck, Institut Montpelliérain Alexander Grothendieck
• Ecole doctorale    ED166, I2S Information Structures Systèmes, https://edi2s.umontpellier.fr/
• Encadrant IFPEN    Dr, VINAY Guillaume, Département Modélisation Numérique des Systèmes Energétiques, guillaume.vinay@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2022
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France
• Qualifications    Master 2 ou Ecole d’ingénieur avec spécialité en Mécanique des Fluides
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise de l’anglais indispensable, français souhaitable
• Autres qualifications    Informatique Scientifique, Programmation C/C++, Python, Linux