Modélisation et simulation de la variation de densité sur la séparation de phase d'un mélange ternaire

Modeling and simulations of density change on the demixing of a ternary mixture

• Auteur / Autrice : Capucine Mejanes
• Direction : Alain Cartalade
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 24/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA/STMF - Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec (2015-....)

Mots clés

Mots clés libres

Fonctionnelle grand-potentiel

Mélanges ternaires

Modèles à champ de phase

Navier-Stokes

Verres

Méthodes de Boltzmann sur réseaux

Grand-potential functional

Phase-field models

Ternary mixtures

Glasses

Lattice Boltzmann Methods

Navier-Stokes

Résumé

L'enjeu de ce travail de thèse est de simuler et de prédire les processus de démixtion et de coalescence qui se produisent dans les verres. Il s'agit d'établir un «modèle à champ de phase» basé une fonctionnelle de type 'grand potentiel' qui tient compte de la thermodynamique de trois composants et de l'hydrodynamique de deux fluides immiscibles. Le modèle se formulera comme un ensemble d'équations aux dérivées partielles non-linéaires et couplées qui, une fois établies, seront simulées par la méthode de Boltzmann sur réseaux. Ces schémas numériques seront programmés dans un code de calcul écrit en C++ qui s'exécute d'ores et déjà sur plusieurs architectures HPC, aussi bien multi-CPUs que multi-GPUs. Les vérifications préliminaires s'effectueront avec des cas tests analytiques classiques. La prise en compte des données thermodynamiques, déjà acquises sur les domaines d'intérêt de compositions et de températures, permettra la réalisation de simulations 3D réalistes de la séparation de phase du mélange. Des validations expérimentales seront réalisées en collaboration avec un Laboratoire du CEA Marcoule. Les techniques de mesures in situ en température pourront être utilisées pour déterminer et valider les cinétiques de démixtion et de coalescence.

The purpose of this PhD is to simulate and predict the processes of demixing and coalescence occurring in glasses. The aim is to establish a 'phase-field model' base on the 'grand-potential functional' accounting for the thermodynamics of three components, and the hydrodynamics of two immiscible fluids. The model will be formulated as a set of non-linear coupled partial differential equations which, after derivation, will be simulated with the Lattice Boltzmann Methods. Those numerical schemes will be implemented in a computing code, written in C++ and currently running on several HPC architectures (multi-CPUs and multi-GPUs). Preliminary validations will be performed with analytic test cases. Realistic simulations of phase separation will be carried out by integrating in the model the thermodynamics data of the ternary system. Such data are already available for compositions and temperature of interest. For experimental validations, a collaboration with a laboratory of CEA-Marcoule is planned. Several techniques of measurements will be used for validating the kinetics of demixing and coalescence.