Post-doctorat pour l'étude théorique des reactions hétérogènes dans la combustion de l'aluminium (H/F)

Missions :
La combustion de l'aluminium présente des similitudes avec la combustion des gouttelettes de carburant liquide, la réaction étant principalement limitée par la diffusion de l'oxydant vers la particule et la vaporisation du métal à partir de la surface. Une zone de flamme se forme à une distance de 1,5 à 4 équivalent rayons de particules, où l'oxydant et l'aluminium vaporisé se rencontrent et réagissent. La chaleur générée par cette flamme est conduite vers la surface de la particule, favorisant une vaporisation supplémentaire de l'aluminium. Cependant, contrairement aux carburants hydrocarbures liquides, la combustion de l'aluminium produit un oxyde en phase condensée. Cet oxyde forme des particules de fumée submicroniques qui entourent l'aluminium et créent une traînée de flamme visible. De plus, une partie de l'oxyde d'aluminium issu des produits de réaction peut diffuser à nouveau vers la surface de la particule, influençant ainsi la dynamique globale de la combustion. Les réactions hétérogènes se produisant à la surface de la particule en combustion, fortement influencées par l'environnement oxydant, restent mal comprises et nécessitent des recherches supplémentaires. Notamment, la condensation des atomes et molécules d'oxygène, ainsi que des espèces gazeuses de sous-oxydes d'aluminium, peut former des couches barrières (alumine) qui modifient dynamiquement la chimie de surface et la pénétration en profondeur/sous-surface, modifiant ainsi la réaction de combustion globale. Ce problème, hors de portée des techniques expérimentales, nécessite une modélisation multi-échelle.

Le candidat travaillera à la modélisation de ces processus aux petites échelles. Les questions clés à comprendre sont : Comment les sous-oxydes se condensent-ils sur le métal en combustion ? Sont-ils adsorbés à la surface ou transportés par le mouvement du gaz ? Si les sous-oxydes se condensent, quelle est l'influence des réactions de surface hétérogènes sur les processus d'oxydation et de vaporisation de l'aluminium ? Quel est le processus de production d'oxyde d'aluminium liquide à partir de la condensation des sous-oxydes d'aluminium sur la gouttelette en combustion ?

Activités :
• Sélection des potentiels interatomiques appropriés pour les calculs en DM : des potentiels interatomiques ou champs de force précis sont essentiels pour modéliser les réactions impliquant des combustibles métalliques. En plus des simulations type AIMD, il pourrait être important de sélectionner ou de développer des champs de force réactifs (potentiels ReaxFF) capables de capturer les processus de rupture et de formation de liaisons pendant la combustion ou l'oxydation. Pour l’aluminium, il est essentiel d’adapter ces potentiels afin de reproduire les propriétés observées expérimentalement dans des conditions environnementales variées (température, pression, composition gazeuse).
• Prise en compte des conditions environnementales
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