Simulation aux Grandes Echelles de la combustion d’hydrogène avec prise en compte des instabilités thermo-diffusives : application à la sécurité industrielle

L’utilisation croissante d’hydrogène (H₂) dans l’industrie et les transports pose des problèmes en termes de sécurité des installations industrielles. En effet, le H₂ est une molécule volatile et inflammable qui peut provoquer des explosions destructrices. La mécanique des fluides numériques (CFD) constitue un outil important pour le dimensionnement des systèmes et est un complément aux expériences, coûteuses et difficiles à mettre en œuvre. Les simulations CFD doivent néanmoins atteindre un niveau de fidélité important. Dans le cas de la combustion de H₂, les modèles numériques doivent en particulier prendre en compte les effets des instabilités thermo-diffusives, qui sont une conséquence de la diffusivité très élevée du H₂, et qui engendrent une accélération significative des flammes. Ces effets sont cependant rarement pris en compte dans les modèles CFD, et sont souvent basés sur des flammes laminaires, tandis que les interactions entre instabilités et turbulence sont négligées. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle de simulation aux grandes échelles prenant en compte les effets des instabilités thermo-diffusives, ainsi que leurs interactions avec la turbulence. Le modèle sera développé dans le formalisme du modèle de flamme épaissies (TFM), actuellement utilisé à IFPEN. La thèse se déroulera selon les étapes suivantes : (i) Mise en place de simulation numériques directes (DNS), permettant de comprendre et d’acquérir des données détaillées sur les interactions entre instabilités et turbulence ; (ii) développement d’un modèle et validation sur des cas canoniques ; (iii) test du modèle sur un cas pratique d’explosion industrielle.

Mots clefs: Hydrogène; Sécurité; Combustion; Instabilités thermo-diffusives; CFD

• Directeur de thèse    Dr Olivier COLIN, IFPEN,ORCID : 0000-0002-8947-3490
• Ecole doctorale    ED579 SMEMAG, Université Paris Saclay
• Encadrant IFPEN    Dr Cédric MEHL, ORCID : 0000-0003-2293-9281
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2024 (4 novembre)
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master en CFD, physique ou modélisation numérique
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise de l’anglais, motivation pour apprendre le français
• Autres qualifications    Maitrise d’un ou plusieurs langages de programmation (Python, C++)

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.