Simulation haute-fidélité d'une cascade d'aubes de turbine pour la validation aérodynamique de [...]

Overview

Simulation haute-fidélité d'une cascade d'aubes de turbine pour la validation aérodynamique de ProLB F/H

Job Description

La conception des moteurs d'avion de nouvelle génération doit répondre à des exigences accrues en matière de réduction des émissions polluantes (CO₂, NOₓ) et du bruit. Cela nécessite des outils de simulation plus performants et précis. Dans ce contexte, la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) se révèle particulièrement adaptée pour les simulations aérodynamiques et acoustiques, notamment grâce à sa simplicité algorithmique et son efficacité sur les architectures de calcul haute performance (HPC).

Au sein de SAFRAN Tech, l'équipe FMSM/STAR travaille sur la modélisation des composants de turbomachines (fan, compresseur, turbine, etc.) et participe activement au développement du logiciel ProLB, en collaboration avec des partenaires industriels (Airbus, Renault, CS Group) et académiques (AMU, ECL, Cerfacs…). Le code ProLB est en phase de validation, avec une montée en complexité progressive des cas testés : des cas académiques simples jusqu'à des configurations industrielles, en comparant les résultats à des références numériques ou expérimentales.

L'objectif du stage sera de réaliser la simulation d'une cascade d'aubes de turbines basse pression, la configuration SPLEEN (Secondary and Leakage Flow Effects in High-Speed Low-PrEssurE TurbiNes) développée par le Von Kerman Institute (VKI) et Safran Aircraft Engines (SAE). Cette turbine a permis d'étudier les effets des écoulements secondaires et des écoulements de fuite au niveau de la purge amont. La richesse des données expérimentales récoltées a permis de construire une base de données qui sert aujourd'hui à valider de nouvelles méthodes de simulation et des outils d'analyse des données. Récemment, il a été démontré dans un article que la méthode Boltzmann sur réseau (LBM) était tout à fait appropriée pour simuler ce type d'écoulement. La part importante du travail consistera donc à mettre en place une simulation avec ProLB (solveur LBM utilisé par Safran), étudier les phénomènes physiques observés et comparer les résultats des simulations aux essais.

Le stage impliquera la mise en place et l'analyse de simulations avec ProLB sur la cascade SPLEEN, et l'évaluation des capacités de la plateforme pour traiter des écoulements haute vitesse et les écoulements secondaires.

Job Requirements

Le/La stagiaire ingénieur devra être en troisième année d'école d'ingénieurs à dominante mécanique des fluides et avec fort intérêt pour la simulation, la modélisation, le HPC et les méthodes numériques.

• Le/La candidat recherché(e) doit avoir de bonnes connaissances en mécanique des fluides et méthodes numériques.
• Des connaissances en turbine, turbomachine, aérodynamique interne et CFD seraient un plus.
• Une capacité à utiliser le langage de programmation Python (numpy, matplotlib, scipy) est requise.
• Des notions de langage orienté objet, ainsi qu'une familiarité avec l'utilisation d'environnements HPC seraient un plus.
• La maîtrise de l'anglais est indispensable.

What else? (advantages, specific features, etc.)

Dans le cadre de ce stage, on propose de simuler avec ProLB la cascade SPLEEN. L'objectif principal est de comparer les solveurs haut Mach (entropie et énergie totale) et donc d'évaluer les capacités de ProLB à traiter ce type d'écoulement. Le VKI sera un partenaire important de cette activité et partagera la géométrie et les données expérimentales pour les comparaisons.

Le stage se déroulera avec les objectifs suivants :

• Bibliographie sur la méthode Boltzmann sur réseau (LBM) et sur la simulation des grandes échelles (LES).
• Bibliographie sur l'aérodynamique des turbines axiales et la configuration SPLEEN.
• Prise en main du logiciel ProLB et des outils de post-traitements (bibliothèque Python Antares).
• Prise en main des données : géométriques et résultats expérimentaux.
• Post-traitement des simulations et comparaisons avec les résultats expérimentaux et des résultats numériques de référence.
• Rédaction d'un rapport méthodologique sur les meilleures pratiques de simulation de la configuration étudiée.
• Rédaction d'un tutoriel sur la mise en données du calcul.
• Rédaction du rapport de stage.
• Si l'avancement le permet, le cas test pourra être poussé dans une base de non-régression du solveur CFD utilisé pour assurer la montée en version du solveur.

Company Information

Safran is an international high-technology group, operating in the aviation (propulsion, equipment and interiors), defense and space markets. Its core purpose is to contribute to a safer, more sustainable world, where air transport is more environmentally friendly, comfortable and accessible. Safran has a global presence, with 100,000 employees and sales of 27.3 billion euros in 2024, and holds, alone or in partnership, world or regional leadership positions in its core markets. Safran is in the 2nd place in the aerospace and defense industry in TIME magazine's "World's best companies 2024" ranking. Because we are convinced that each talent counts, we value and encourage applications from people with disabilities for our job opportunities.

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