Analyse physique des phénomènes d'évaporation et de ballotement au sein des réservoirs transportant du LH2 – CAPLH2

L'hydrogène comme source d'énergie est massivement étudiée par les constructeurs automobiles et dans le domaine aérospatial. Le transport de grande quantité d'hydrogène s'effectue sous sa forme liquide (LH2) à faible température (20K) pour des raisons d'efficacité énergétique. Le LH2 est stocké dans des réservoirs isolés pour réduire le transfert de chaleur durant son transport. Cependant, le LH2 se vaporise inévitablement à cause du flux thermique provenant des parois du réservoir. Par conséquent, ce phénomène augmente la pression interne. Cette surpression est évacuée par une soupape, entrainant une perte d'hydrogène de 2 à 3% par jour. Ce phénomène est appellé "boil-off" dans la littérature et il est considéré comme un verrou scientifique à lever pour promouvoir l'utilisation de l'hydrogène liquide comme source d'énergie fiable et efficace.

L'objectif de ce projet est d'étudier à l'aide de simulation numérique directe le phénomène d'évaporation présent dans les réservoirs de LH2 soumis à des effets de ballotement pendant son transport. Notre but est de fournir une description fine de ces phénomènes à l'aide d'outils numériques tout en proposant de nouvelles stratégies de modélisation pour prédire le taux d'évaporation et la montée en pression due au boil-off dans les réservoirs de grande taille.

Ce projet jeune chercheur s'articule en deux tâches principales. La première est de réaliser une étude paramétrique de l'influence du phénomène de ballotement sur l'interface liquide-gaz dans une configuration isotherme et de quantifier la quantité de densité de surface moyenne dans le réservoir. A partir de ces résultats, des lois d'échelles permettant de prédire la quantité de surface en fonction des nombre adimensionnels les plus influents seront proposées. La seconde tâche est dédiée à l'étude du même réservoir mais cette fois avec changement de phase. Un fort ballotement du réservoir va engendrer une grande quantité de surface, favorisant l'évaporation du LH2 et l'emprisonnement de structures gazeuses. Une étude paramétrique sera également menée pour déterminer les nombres adimensionnels les plus importants et proposer des loi d'échelles et des modèles adaptés permettant de prédire le taux de vaporisation dans les réservoirs réels.