Méthodes avancées Lattice-Boltzmann pour les turbomachines et l'hydrogène. – Liberty

Liberty est un effort collaboratif dans le domaine de la mécanique des fluides numérique appliquée à la transition hydrogène. L’objectif est de développer des méthodes de Lattice-Boltzmann (LBM) efficaces pour la simulation de haute fidélité des écoulements réalistes multi-espèces et multi-physiques (e.g. aérodynamique, aéroacoustique, aérothermique et écoulements réactifs).

Le consortium se compose de quatre partenaires : le laboratoire M2P2 (AMU/CNRS/Centrale Marseille), deux fabricants aéronautiques (Airbus et Safran) et un fabricant de brûleurs (Fives-Pillard). Le candidat à la chaire est le Dr. Pierre Boivin (chercheur CNRS, CR-HDR), spécialiste de la combustion et sécurité H2 au M2P2.

Ces dernières années, les méthodes de Lattice-Boltzmann (LBM) sont devenues très incontournables pour les simulations industrielles à grande échelle d’écoulements isothermes, à faible Mach et non réactifs ; leur efficacité de calcul exceptionnelle et leur précision en géométrie complexe ne laissant plus de doute. Leur récente extension aux écoulements compressibles, thermiques et multi-espèces ouvre vers de nombreuses nouvelles applications, à explorer. Ces extensions sont cruciales dans le contexte de la transition vers l’hydrogène dans le domaine de l’énergie et du transport, au coeur des objectifs France 2030.

Le programme de recherche s’articule autour de quatre lots de travail (WP), chacun axé sur une difficulté scientifique majeure du développement de nouvelles technologies à base d’hydrogène :

WP1 traite de la modélisation physique et numérique des parois solides et des couches limites turbulentes, visant à résoudre les problèmes de conservation de masse et d’énergie, caractéristiques des approches cut-cell.

WP2 vise à modéliser les corps mobiles et déformables et à poser les bases de la simulation de la rupture des réservoirs d’hydrogène ou de la déflexion des grandes hélices.

WP3 aborde les problèmes de combustion et de sécurité pour les futures chambres de combustion à bas NOx d’hydrogène, avec une attention particulière sur le flashback et les instabilités de combustion.

WP4 explore la possibilité d’utiliser la LBM pour des écoulements multiphasiques à haut Reynolds et rapports de densité élevés (en dessous et au-dessus des conditions critiques), tels que ceux typiquement rencontrés dans le stockage cryogénique et haute pression de l’hydrogène