Transcript Document 7849710
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Mécanique des Fluides, Transferts Thermiques et simulation dans les matériaux aéronautiques: de leur élaboration à leur utilisation
Stéphane VINCENT (MDC-HDR) , Eric ARQUIS (PR, directeur I2M) Institut de Mécanique et d’Ingénierie – Bordeaux (I2M) Département TREFLE - ENSCBP
1
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Compétences historiques du TREFLE-I2M
MASTER = Modélisation Avancée des Systèmes Thermiques et Ecoulements Réels 1990 TREFLE = Transferts Ecoulements Fluides Energétique 2000 I2M = Institut de Mécanique et Ingénierie 2010 Département TREFLE
• • •
Résolution de problèmes industriels par la modélisation et la simulation Développement d’un outil propre de simulation (Aquilon puis « Thétis ») Financement par des industriels (SME, SEP, TURBOMECA, SNECMA, SAFRAN, EADS, CEA, ONERA, AIRBUS, CNES)
2
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
• • • • •
Thétis : simulateur fluide-thermique pour les écoulements complexes
Mécanique des fluides compressible/incompressible Interaction fluide/thermique aux interfaces Diphasique, capillarité, ligne triple Milieux poreux Interaction fluide/structure, particules Transferts de chaleur, changement de phase
• • •
Méthodologies numériques originales => grilles fixes pour géométries complexes Robuste, simple d’utilisation, grande adaptabilité, massivement parallèle Utilisation/développement partagés Acad. : IMFT (Toulouse), LEMTA (Nancy), LOMC, PROMES, LAMSIN, … Indus. : EDF, SAFRAN, CEA, ARCELOR-MITTAL, TOTAL, Michelin, Varel-Europe, …
3
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
•
Thétis : simulateur fluide-thermique appliqué aux matériaux pour l’aéronautique et le spatial
Matériaux composites = milieux hétérogènes
•
=> interfaces Mise en œuvre de pièces = remplissage / imprégnation / moulage
•
=> interfaces Tenue mécanique/thermique des matériaux = caractérisation
•
=> interfaces Fonctionnalisation des matériaux = traitement de surface => interfaces Modélisation / Simulation avec Thétis Prédire les topologies des matériaux hétérogènes / leurs comportements dans des conditions non-standard
4
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Remplissage des boosters d’Ariane 5 Etage d’accélération à poudre (EAP) P230 Coupes de géométrie de remplissage Moteur Vulcain J.-P. Caltagirone, S. Parneix, J.-B. Ritz, S. Vincent, J. Breil, S. Chaminade ( Ing. ENSCBP ) avec SNPE/CNES Courbes de poussée en fonction de la mise en œuvre du remplissage
5
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Remplissage des boosters d’Ariane 5 Aération du propergol Bouchage injecteur Effet de la viscosité
6
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Remplissage multi-malaxées des boosters d’Ariane 5 Concentration Al Vitesses Segment complet Ariane V
7
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Rentrée Atmosphérique - Analyse de la « catalycité » des matériaux de rentrée : modèle ab-initio d’interaction surface/plasma pour estimation flux de chaleur - Caractérisation thermochimique du matériau liège Thèse : N. PERRON avec IMS (J.C. Rayez et col.) + EADS Astrium (D. Conte) Post-Ing : C. GABORIAU ( Ing. ENSCBP ) avec CRPP, HPK et ASTRIUM-ST (L. Darriol)
PERRON N., PINEAU N., ARQUIS E., RAYEZ J.-C., SALIN A. "Adsorption of atomic oxygen on the Cu (100) surface)”,
Surface Science
, 599, pp. 160-172,
2005
8
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Fabrication de nanomatériaux par projection plasma pour le traitement de surface Substrat à revêtir Nano-revêtement S. Vincent, E. Meillot, J.-P. Caltagirone, G. Balmigère, C. Caruyer, F. Sarret, F. Girard avec CEA-Ripault Dispersion des nano-poudres
9
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Fabrication de nanomatériaux par projection plasma pour le traitement de surface
• • •
Thin Boundary Coating (TBC) Protection thermique et chimique Anti-adhérent Renfort mécanique / frottement
•
Protection électrique Avantages : petites épaisseur, réduction des masses, géométries quelconques
10
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Fabrication de nanomatériaux par projection plasma pour le traitement de surface 12 publications en 5 ans sur ce sujet (Surf. Coat. Tech., J. Therm. Spary Coat., Physica D)
11
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Nouveaux procédés pour matériaux Composites à Matrice Céramique (CMC) Intégration dans les nouvelles générations de moteurs pour leur légèreté et leurs propriétés conservées à haute température
• •
Composition : matrice céramique renforts fibreux tissés + charges
Pièce
Thèses(s) CIFRE K. Dugois + X ?, Encadrement S. Vincent, E. Arquis, D. Lasseux, S. Glockner, collaboration avec Herakles
12
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Enduction Grande Vitesse de Fibres (CMM) Nouveau procédé d’élaboration de « précurseurs » de CMM : fibres SiC enduite de Titane :
•
Caractérisation du mouillage « réactif » (couple solide/fluide)
•
Caractérisation de l’épaisseur fluide déposée
•
Analyse des instabilités d’enduction Thèse D. VERMAUT ( Ing ENSCBP ) avec LCTS (Y. Lepetitcorps), SNECMA Moteurs + DGA Publis + Brevet + Prix Aerospace Valley 2012
VERMAUT D., ARQUIS E., LEPETITCORPS Y., “High speed coating of a fiber – influence of the fluid properties on coating thicknesses”,
Chemical Engineering and Processing
13
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Sécurité des CMC à matrice auto-cicatrisante (MAC)
• • •
Devenir de la phase verre générée dans une fissure par le processus de cicatrisation sous effet de rotation Méthodes / Résultats : Caractérisation de la phase verre Simulation des effets de capillarité Critères de stabilité % centrifugation, géométrie, vibrations ( g ) x
Angle de contact statique = 30 °, pour diff. Bo
Bulles d’air Pont liquide en déplacement Déplacement du pont , formation de bulles d’air et d’un film liquide Pont liquide en croissance Déplacement du pont et remplissage de la fissure Film liquide Pont liquide en déplacement Déplacement du pont et formation d’un film liquide derrière Thèse L. BENAZZOUK avec LCTS (N. Bertrand), financ. Herakles SPS (C. Descamps) / Région Aquitaine
14
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Conception de matériaux Composites à Matrice Céramique (CMC)
• •
Densification de renforts tissus carbone par imprégnation par une résine contenant des nano-particules de carbone Technique APS : Absorption de Poudre Submicronique Procédés MI/RMI : Melt Infiltration / Reactive Melt Infiltration
15
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Conception de matériaux Composites à Matrice Céramique (CMC) Distribution des vitesses Distribution des concentrations Identification des défauts
16
•
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Transferts de chaleur dans les paliers de turbine TOPIC Advanced studies and testing of oil system internal and external components in order to contribute to ACARE goals 1.
2.
3.
4.
5.
6.
SFC reduction : up to 1% on CFM 56 basis Oil consumption reduction : 0.1 l/h Mass reduction : ~ 30kg OS simplification Reliability improvement : maintenance cost reduction ~10 k €/engine/year Reduction of DOC for companies : 60k €/engine/year WP1 Advanced Sealing
•
PARTNERS
– – – –
WP1 : MTU, SN, FIT, TA, ULB WP2 : RRD, SN, RRUK, ITP, IPB, ULB, TA WP3 : TA, MTU, CENAERO, ULB, WSK WP4 : SN, UFSD, RRUK, ULB, TA, TEKNIKER
•
BUDGET Total budget ≈ 7.5 M€
17
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Transferts de chaleur dans les paliers de turbine S. Vincent, J.-L. Estivalezes, J.-P. Caltagirone, J. Delteil, R. Badé avec Safran et ONERA Premières simulations diphasiques + thermiques dans des géométries réelles
18
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Transferts de chaleur dans les paliers de turbine S. Vincent, J.-L. Estivalezes, J.-P. Caltagirone, J. Delteil, R. Badé avec Safran et ONERA
19
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Aéronautique, matériaux, modélisation, simulation
Quelques domaines de recherche appliquée Détermination « virtuelle » des propriétés de tissus composites Matériau réel : tressage de torons (récupération par traitement d’images) Matériau « idéal » : réseau périodique Calcul 3D des écoulements = détermination de la perméabilité (et ou de la conductivité) Collaboration avec labo LOMC (Le Havre) Hispano-Suiza GDR CNRS « MIC »
20
3 ème journée scientifique de l’IPB, Aéronautique, espace et systèmes embarqués, 29 novembre 2013 – ENSEIRB-MATMECA, Talence, France
Conclusions / Perspectives
Compétences acquises : Au Dpt TREFLE
• •
Simulation Caractérisation thermique [ lien avec FAHRENHEIT ] Mais aussi sein d’autres Dpts de I2M :
- APY (CND Ultrasonore) [
lien avec CANOE ]
- DuMAS (Adhésion-Collage- Fatigue-Durabilité-Corrosion) - MPI (Elaboration, Usinage, Soudage, ) - IMC (Conception, Recyclage,…)
L’avenir … Modélisation multi-échelles et multi-physiques des matériaux : Matériaux Virtuels !
21