CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

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Oscillation auto-entretenue d'un ménisque dans un capillaire induite par évaporation/condensation : le caloduc oscillant
Self-sustained meniscus oscillation in a capillary caused by evaporation/condensation: pulsating heat pipe

Spécialité

Mécanique des fluides

Niveau d'étude

Bac+3

Formation

Master 1

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2020

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

Gilbert Zalczer
+33 1 69 08 31 64

Résumé/Summary
Ce stage expérimental est destiné aux étudiants souhaitant travailler à la frontière entre les sciences fondamentales et des applications industrielles. Le stagiaire travaillera avec le prototype du caloduc oscillant en traitant des données thermiques et des images optiques.
This experimental internship is for students seeking to work on a border between fundamental science and industrial engineering applications. The trainee will work with the pulsating heat pipe prototype and process the thermal data and optical images.
Sujet détaillé/Full description
Ce stage expérimental est destiné aux étudiants souhaitant travailler à la frontière entre les sciences fondamentales et des applications industrielles.
De nombreux procédés produisent des dégagements de chaleur importants et localisés et sont limités par la capacité d'évacuation de cette chaleur. Les caloducs, des dispositifs servant à gérer ces flux de chaleur fonctionnent sans autre apport d'énergie et ne comportent aucune pièce mobile. Ils sont maintenant présentes dans tous les appareils, notamment dans des téléphones portables. Un représentant de la famille des caloducs, le caloduc oscillant est un moyen très efficace de transférer des grands flux de chaleur. Le caractère chaotique de son fonctionnement doit être mieux maîtrisé pour qu'il soit applicable couramment.
Récemment nous avons pu récupérer un montage expérimental du CEA Grenoble et sommes en train de le remettre en état de marche. La possibilité de conjuguer théorie et expérience permettrait de gros progrès : dans notre équipe le caloduc oscillant est étudié aussi théoriquement et numériquement.
Ce montage expérimental comporte de nombreux aspects : thermique, vide, électronique, acquisition de données, informatique, imagerie et analyse d'images, etc.
Le stagiaire abordera les sujets suivants
• La gestion d’un projet expérimental : mise en œuvre du caloduc oscillant comportant des parties transparentes, l’acquisition numérique des données, observation optique
• La thermique des fluides diphasiques
• L’écoulement des fluides avec le transfert de chaleur
• Dynamique non-linéaire d’un système chaotique
Le stagiaire sera basé au centre CEA-Saclay, au Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC) au sein du groupe des Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXité (SPHYNX).
This experimental internship is for students seeking to work on a border between fundamental science and industrial engineering applications.
Many processes produce large and localized heat releases and are limited by the ability to evacuate this heat. Heat pipes, devices used to manage these heat flows operate without additional energy and have no moving parts. They are now present in all devices, from mobile phones to airplane engines. One representative of the heat pipe family, the pulsating (or oscillating) heat pipe, is a very efficient device for transferring large heat fluxes. The nonstationary (chaotic) dynamics of its operation must be better mastered for its industrial application. Recently an experimental setup from CEA Grenoble has been transferred to SPEC. We are now reassembling it. This experiment is done in close interaction with the theoretical approaches and numerical simulation conducted within our team.
This experimental work has many aspects: thermal, vacuum, electronics, data acquisition, computer science, imaging and image analysis, etc.
The trainee will address the following topics
• Management of an experimental project: implementation of the oscillating heat pipe with transparent parts, digital data acquisition, optical observation
• Management of fluid circuits
• Flow of two-phase fluids with heat transfer
• Non-linear dynamics of a chaotic system
The trainee will be based in the CEA-Saclay center, at the Laboratory of Condensed Matter Physics (SPEC) in the Group of physical systems out of equilibrium, hydrodynamics, energy, and complexity (SPHYNX).
Mots clés/Keywords
Transfert de l'énergie, thermique, instrumentation pour la physique
Energy transfer, Fluid mechanics, instruments for physics
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Peut-on cimuler le climat sur un ordinateur portable ?

Spécialité

Hydrodynamique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

03/04/2020

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

DUBRULLE Berengere
+33 1 69 08 72 47

Résumé/Summary
Dans ce stage, nous proposons une nouvelle approche pour la simulation d'écoulements climatiques, qui consiste à considérer toute la gamme des échelles, mais en raréfiant le nombre d’échelles prises en compte au fur et à mesure que l’on descend en taille. Le modèle correspondant est sans paramètre ajustable, et peut etre simulé sur un ordinateur portable.

Le but de ce stage est de tester les limites de ce modèle, en l’appliquant sur une représentation simplifiée de l’atmosphère. La majeure partie du travail impliquera des simulation en Matlab, sur un petit ordinateur. Des comparaison avec des resultats numériques issus de simulations de toute la gamme d’échelle seront également éffectuées.
Sujet détaillé/Full description
Les gaz à effet de serre produits par l’activité humaine influencent le climat de la Terre. Pour comprendre et prédire cette influence, la communauté scientifique utilise entre autre des simulations numériques du système climatique. Ce dernier est multi-composant, et implique une gamme pharaonique d’échelles : par exemple, la simulation de l’athmosphère (une des composantes du climat) requière en principe la prise en compte de toutes les echelles entre celle des ouragans (100 km) et celles à laquelle l’énergie est dissipée (0.1 mm), soit une gamme d’échelle de 1011. Cette gamme d’échelle est inaccessible aux plus grands ordinateurs existant actuellement, qui n’ont ni assez de mémoire, ni assez de CPU pour traiter un tel nombre de degré de libertés.

Par ailleurs, le traitement complet de toutes les échelles du problème cache un gaspillage énorme : 90 pour cent des ressources informatiques sont monopolisées par le traitement des toutes petites échelles (inférieur à 1m), alors que seules les grandes échelles intéressent les scientifiques, le climat à l’échelle d’une maison n’ayant que peu de pertinence.

La solution actuelle adoptée par les climatologues est d’introduire des « modèles de turbulence », grâce auquels l’influence des petites échelles est paramétrisée via des loi empirique, au prix de l’introduction de paramètres ajustables. Ainsi, un modèle de climat moderne en comporte plus de 100. L’ajustement de ces paramètres empiriques est alors un enjeu majeur, qui n’est pas encore résolu.

Dans ce stage, nous proposons une nouvelle approche, qui consiste à considérer toute la gamme des échelles, mais en raréfiant le nombre d’échelles prises en compte au fur et à mesure que l’on descend en taille. Le modèle correspondant est sans paramètre ajustable, et peut etre simulé sur un ordinateur portable.

Le but de ce stage est de tester les limites de ce modèle, en l’appliquant sur une représentation simplifiée de l’atmosphère. La majeure partie du travail impliquera des simulation en Matlab, sur un petit ordinateur. Des comparaison avec des resultats numériques issus de simulations de toute la gamme d’échelle seront également éffectuées.


Le cœur de ce stage est numérique, mais des développements théoriques sur théorie de la turbulence via le formalisme multi-fractal et les ondelettes pourront être effectués. Ce stage sera encadré par B. Dubrulle (CNRS). Le sujet stage requiert une solide formation de physicien, en particulier en physique nonlinéaire, ainsi qu’un goût prononcé pour le numérique. Il pourra éventuellement déboucher sur une thèse sur une thématique voisine.
Mots clés/Keywords
géophysique, calcul numérique, turbulence
Compétences/Skills
Le cœur de ce stage est numérique, mais des développements théoriques sur théorie de la turbulence via le formalisme multi-fractal et les ondelettes pourront être effectués.
Logiciels
matlab

 

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