Analyse Local Instationnaire des mécanismes de la Crise d'Ebullition – ALICE

L'objectif scientifique principal de ce projet est de déterminer une corrélation prédictive locale du flux critique en fonction de quantités physiques pertinentes moyennées à l'échelle de la bulle. Elle servira de modèle sous-maille qui, une fois intégré dans un modèle diphasique moyenné, permettra de prédire l'apparition de la crise d'ébullition. Cette corrélation locale sera déterminée grâce à une approche multi-échelle innovante basée sur une analyse fine de la dynamique instationnaire des bulles à très fort flux thermique. Cette approche multi-échelle inclura l'analyse couplée de la dynamique de la ligne de contact (échelle microscopique), de l'étalement d'une bulle unique (échelle mésoscopique) et de l'interaction de plusieurs et d'une grande quantité de bulles (échelle macroscopique). Deux changements d'échelles successifs seront appliqués : le modèle microscopique de ligne de contact sera intégré dans un modèle mésoscopique de croissance de bulle et ce dernier sera utilisé dans le modèle d'interaction de bulles utilisé pour construire une corrélation locale. Ce projet est divisé en cinq tâches dont les objectifs sont les suivants. Tâche 1. L'objectif de cette tâche est de valider quantitativement le mécanisme de pression de recul à l'origine de l'étalement d'une bulle à très haute pression, i.e. au voisinage du point critique. Cette validation portera sur la comparaison de résultats expérimentaux et de résultats numériques. Les résultats expérimentaux obtenus (ESEME) permettront de mesurer précisément la forme des bulles et de la tâche sèche en contact avec la paroi chauffée. Un modèle de ligne de contact sera développé (ESEME et LMS) et implémenté dans le code de calcul Trio_U (CEA) qui permet déjà de faire des simulations numériques d'écoulements à interfaces en présence de changement de phase. Les simulations numériques permettront de prendre en compte tous les effets instationnaires nécessaires à la validation du modèle. La comparaison quantitative des résultats expérimentaux et de simulation numérique portera sur l'évolution temporelle de la forme de la bulle et de la tâche sèche. Tâche 2. L'objectif de cette tâche est de valider le mécanisme de pression de recul sur l'étalement d'une bulle à pression modérée. Cette validation se basera sur la comparaison de résultats expérimentaux et de résultats numériques. L'évolution temporelle de la forme de la bulle et de la tâche sèche à basse pression sera mesurée à différentes pressions. Des simulations numériques (CEA) permettront de comparer les résultats issus du modèle aux données expérimentales. Les simulations numériques permettront également de mesurer les forces appliquées sur la bulle et de développer ainsi un modèle de bilan de force appliqué à la bulle (IMFT). Tâche 3. L'objectif de cette tâche est d'étudier l'influence de l'interaction de plusieurs bulles sur leur étalement. Seules des études à basse pression seront menées. L''interaction de deux bulles voisines sera étudiée expérimentalement (IMFT). On étudiera en particulier si la présence d'une seconde bulle a tendance à retarder ou à avancer l'apparition d'un film de vapeur. L'interaction d'un très grand nombre de bulles sera également étudiée expérimentalement (CEA). La distribution de la taille des tâches chaudes et de l'émission acoustique sera analysée statistiquement afin de détecter une éventuelle loi puissance caractéristique de systèmes complexes auto-organisés. Des simulations numériques (CEA) permettront d'étudier le modèle développé sur une configuration avec quelques bulles en interaction puis sur des configurations où le nombre et la répartition des sites de nucléation se complexifie. Ces résultats doivent permettre de développer un modèle simplifié nécessaire à l'étude de la tâche 4 (LMS). Enfin, l'effet de la rugosité de la surface chauffée sera étudié expérimentalement (IMFT et CEA) et un modèle de ligne de contact prenant en compte l'effet de la rugosité de paroi sera développé et implément