Les tubes à gaz pulsé constituent un axe majeur de développement de l’équipe, utilisés pour le refroidissement cryogénique en observation de la Terre (50 K, ex. MétéSat Trosième Génération) et de l’univers (15 K, ex. ATHENA/X-IFU). Le fonctionnement est basé sur un cycle Stirling à l’hélium, grâce à une onde de pression générée entre 30 et 60 Hz. Plus spécifiquement, l’objet d’étude est le PT 15K (tubé à gaz pulsé 15 K) développé dans le laboratoire depuis une dizaine d’années en collaboration avec divers industriels comme Air liquide et Thales Cryogenics. L’objectif de cette étude est de simplifier la configuration afin de réduire la masse et le volume du système pour respecter les contraintes spatiales. Atteindre cet objectif passe par la maitrise de l’écoulement alternatif dans la ligne de by pass qui est assuré par un orifice calibré. La maitrise de l’écoulement dans cette ligne n’est pas triviale et constitue l’objet de ce stage.

Travail attendu : Lors de ce stage, il s’agira d’étudier par éléments finis (ANSYS Fluent) un organe spécifique capable d’imposer une perte de charge dépendant du sens de l’écoulement. Dans un premier temps, l’étude portera sur un orifice asymétrique actuellement utilisé dans le cadre de nos essais expérimentaux. L’approche consistera d’abord à analyser le comportement de l’écoulement en régime continu, puis en régime oscillant, pour des fréquences typiquement centrées autour de 40 Hz. Les résultats issus de la simulation numérique seront comparés et validés par une étude expérimentale menée sur un banc d’essai dédié. Dans un second temps, le travail sera élargi à l’exploration et à la conception de géométries innovantes, intégrant les contraintes mises en évidence lors de l’étude préliminaire.

L’étudiant(e) devra s’approprier le sujet à travers une étude bibliographique afin de recenser les travaux existants et d’identifier les méthodes numériques pertinentes (modèles de turbulence, maillages adaptés, conditions aux limites, etc.). Il ou elle sera également amené(e) à développer et à exploiter des modèles de simulation, à analyser les résultats obtenus, et à proposer des pistes d’amélioration ou d’innovation.

Le(La) candidat(e) recherché(e) doit être en dernière année d’école d’ingénieur ou bien en Master 2 dans le domaine de la mécanique des fluides avec de bonnes connaissances en thermique et mécanique. Il(Elle) doit posséder un goût prononcé pour l’analyse numérique (ANSYS, FLUENT, COMSOL ) l’expérimentation et l’analyse de données.

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