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Étude de la dynamique de l’assemblage combustible sous écoulement et excitation mécanique externe

Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Ce projet doctoral prend place dans le cadre de l’étude de la dynamique de l’assemblage combustible sous écoulement et excitation mécanique externe (de type séisme en particulier). Des résultats expérimentaux sont disponibles via les boucles hydrauliques HERMES (échelle réelle) ou ICARE (échelle réduite) sur le centre CEA de Cadarache, de même que des modèles macroscopiques (homogénéisation, milieux poreux) reproduisant les phénomènes prépondérants et permettant des simulations à l’échelle du cœur.
La maturité de la simulation numérique et les performances des clusters de calcul permettent aujourd’hui de mener des simulations à une échelle intermédiaire entre l’expérience et les modèles actuels, en représentant directement en 3D un assemblage à l’échelle réduite et le fluide turbulent environnant. La problématique qui en découle est le couplage hydraulique-mécanique dans le cœur, dans des situations évoquées ci-dessus où les assemblages ou les crayons combustibles subissent un mouvement imposé au niveau de leurs conditions aux limites.
Dans ce contexte, le sujet propose de réaliser des calculs best-estimate d’un assemblage (taille réduite) en mouvement et sous écoulement afin d’étendre les résultats expérimentaux au-delà des seules mesures effectuées et d’améliorer la connaissance fine des mécanismes d’interaction fluide-structure. Nous chercherons en particulier à comprendre l’amortissement induit par le fluide en écoulement autour d’une structure sur ses caractéristiques vibratoires, l'influence des grilles et de la vitesse de l’écoulement sur les caractéristiques de la force fluide (masse, raideur et amortissement ajoutés). Ces simulations contribueront également à la calibration robuste et précise des modèles macroscopiques (qui reposent inévitablement sur des heuristiques) nécessaires pour les études d’ingénierie courantes, en ouvrant une voie également vers la caractérisation et la quantification des incertitudes qui leur sont associées.

Laboratoire

Département de Modélisation des Systèmes et Structures
Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides
Laboratoire de Modélisation et Simulation en mécanique des Fluides
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