Détails du poste
- Lieu de travail : Montreal
- Type de poste : Permanent à temps plein
Topic description
Contexte et enjeux
GE Vernova est une société mondiale du secteur de l’énergie, forte de plus de ans d'expérience. Elle contribue activement à la transition énergétique en poursuivant l’électrification du monde tout en s’efforçant de le décarboner.
Le Centre de Recherche et Développement pour Technologie à Haute Tension de Villeurbanne est l’unique centre de recherche dédié à l’appareillage haute tension au sein de GE Vernova. Les disjoncteurs qui protègent et contrôlent les réseaux électriques d’aujourd’hui et de demain y sont conçus et testés.
Le site produit en particulier des disjoncteurs couvrant des gammes de tension allant de kV à kV AC. L’objectif ultime de ces appareillages est d’éliminer les courants de défaut, de supporter les tensions de défaut et d’assurer une isolation diélectrique optimale après la coupure de l’arc électrique créé par le courant de défaut.
Outils numériques utilisés
L’optimisation du design et des performances des appareils repose à la fois sur des essais expérimentaux et sur une utilisation accrue des outils de simulation numérique.
Les outils de simulation utilisés sont développés et maintenus par GE Vernova afin d’assurer une efficacité optimale et une adaptation aux défis scientifiques posés. Ces outils simulent le fonctionnement de l’appareillage pour différents types de défauts du réseau, en modélisant un plasma d’arc électrique qui engendre de nombreux phénomènes physiques couplés : la mécanique des fluides, l’électromagnétisme, les phénomènes de transferts radiatifs, l’érosion des parois, les phénomènes d’ionisation du gaz. Ces phénomènes sont transitoires, fortement compressibles (Mach > 2) et atteignent des températures de l’ordre de 25 K au cœur de l’arc électrique, avec des niveaux de pression pouvant atteindre plus de bars.
L’outil actuellement utilisé a été développé en partenariat avec Polytechnique de Montréal (Québec) depuis près de 30 ans. Il s’agit d’un code multi-physique et multi-espèces, permettant d’étudier des géométries en situation axisymétrique, tout en prenant en compte le mouvement des pièces de l’appareillage. Cet outil, arrivé à un niveau de maturité avancé, est aujourd’hui la référence pour la conception des disjoncteurs haute tension chez GE Vernova.
Développements requis
L’évolution des appareillages est fortement liée aux nouveaux besoins des réseaux électriques, adressant des niveaux de performance de plus en plus élevés. Il est donc nécessaire de pousser l’optimisation des designs et d'améliorer les critères d’extinction de l’arc électrique. En conséquence, les approches 3D en simulation numérique deviennent incontournables.
Pour répondre à ces nouvelles contraintes, GE Vernova a choisi de développer une approche 3D basée sur la méthodologie frontière immergée sur maillage cartésien. Au cours des dernières années, deux thèses ont été menées sur ce sujet afin de valider l’approche proposée dans les applications en 2D et 3D, non-visqueuses et sans prise en compte de la présence de l’arc électrique. Ces études ont permis de valider la convergence et la stabilité du modèle et d’étudier l’impact de l’ordre des approximations numériques.
Ces travaux ont notamment permis de réduire la viscosité numérique permettant d’étudier l’apparition des instabilités tridimensionnelles de l’arc électrique menant à son extinction.
L’objectif de cette nouvelle thèse est d’étendre l’approche 3D en intégrant les phénomènes de diffusion, via l’implémentation des équations de Navier-Stokes en gaz parfait, en situation 3D et sans prise en compte de la présence de l’arc électrique. Une attention particulière devra être portée sur la gestion du maillage et du traitement de la couche limite en paroi mobile ainsi que l’adoption d’un schéma implicite ou explicite. L’intégration d’un premier modèle de turbulence sera à envisager.
Afin de faciliter et d’optimiser l’intégration des développements dans l’environnement GE Vernova, il sera nécessaire d’établir un environnement de développement adapté.
Starting date
-01-04
Funding category
Partial or full private funding (CIFRE agreement, foundation, association)
Funding further details
Pour ce projet de doctorat, une aide financière (avec conditions) est présentement disponible pour un montant de 32 CAD$ par an (pour trois ans), avec la possibilité de revalorisations ultérieures pouvant être discutées et négociées après la réussite de l’examen prédoctoral. Cet examen a généralement lieu au début de la deuxième année de thèse. L’aide financière correspond à un montant net, c’est-à-dire que ce montant n’est pas imposable au Canada.