Modèles numériques macroscopiques pour l'ébullition et pour la condensation – MacroBoil

Le stockage efficace de vecteurs énergétiques liquides sur de longues périodes est au cœur des économies d’énergie d’aujourd’hui et de la transition énergétique à venir (stockage cryogénique de H2 au sol, transport de gaz naturel liquide dans les méthaniers). Il est aussi l’un des principaux défis de l’exploration de l’espace profond (réservoirs de H2). Néanmoins, le comportement des transferts de masse et d’énergie sur des larges interfaces dans des fluides cryogéniques est largement méconnu, dû à la complexité de la physique (transferts thermiques, changement de phase, capillarité, multi-échelle, turbulence, …) et aux difficultés inhérentes à l’expérimentation sans altération des systèmes cryogéniques. Cela implique des pertes d’énergie dans les applications au sol, et oblige à des surestimations coûteuses (en énergie et capital) des besoins en ergol des missions spatiales. Le projet vise à améliorer les simulations numériques afin de prédire l’évolution de systèmes macroscopiques à travers une remontée d’échelle, en comblant l’écart existant entre simulations prédictives à l’échelle de la bulle et les approches macroscopiques dépendants de paramètres ajustables non génériques.
Le projet rassemble des spécialistes de simulations numériques d’écoulements complexes ayant des expertises complémentaires, des simulations hautement résolues à l’échelle d’une bulle jusqu’au simulations des grandes échelles (LES) d’écoulements multiphasiques turbulents dans des géométries complexes. La stratégie proposée est basée sur le développement de modèles analytiques évolutifs pour assurer la conservation locale de masse, énergie et quantité de mouvement, et la stabilité numérique.
Le consortium a l’intention de développer à la fois des modèles à l’échelle de la bulle et pour des interfaces plus étendues, de façon à procéder à une remontée d’échelle basée sur des principes fondamentaux. Des cas de validation sont proposées, basés aussi sur des récentes expériences en apesanteur.