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Modélisation de l’effet des grilles de mélange au cours du renoyage du coeur d'un réacteur nucléaire

Energie, thermique, combustion, écoulements Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Au cours d’un accident de perte de réfrigérant primaire dans un réacteur, le circuit primaire se vide progressivement, menant au dénoyage partiel ou total du cœur du réacteur. Le cœur du réacteur est constitué de crayons de combustible assemblés en faisceaux et protégés par une gaine métallique. Au cours de tels accidents, le refroidissement des gaines n’est plus assuré dans la mesure où de moins en moins d’eau liquide est disponible pour extraire la chaleur produite dans les crayons. Des systèmes de sûreté et de sauvegarde s’activent alors afin d’injecter de l’eau liquide dans le cœur. Cette eau permet de refaire le niveau du circuit primaire au cours d’une phase qu’on appelle le « renoyage ». L’eau arrive en contact avec des crayons très chauds, empêchant le remouillage immédiat des gaines par l’eau liquide. Une vaporisation intense et une vitesse de vapeur importante entraine la création d’une grande quantité de vapeur et de gouttes tandis que le front de trempe avance progressivement. Ces gouttes échangent de la chaleur avec la vapeur et les différentes structures présentes dans le cœur, en particulier les crayons d’une part et d’autre part les grilles d’espacement. Ces dernières sont des éléments permettant de maintenir l’espacement entre les crayons et également d’améliorer le mélange entre les différentes zones du cœur par des ailettes situées en sortie de grille. L’échange entre les gouttes et les structures comme avec la vapeur est très dépendant de la taille des gouttes. Cette taille de goutte est difficile à prédire avec précision, d’autant plus que les grilles ont sur elle un effet majeur. En effet, si la grille est sèche et que la goutte heurte la grille, la goutte peut se fragmenter en plusieurs petites gouttes, faisant diminuer alors le diamètre moyen en aval des grilles. Si en revanche la grille est mouillée (c’est-à-dire qu’un film liquide stable reste sur la grille), il a été constaté expérimentalement que la taille de goutte moyenne augmente en aval de celle-ci. Cette thèse a donc pour objectif de prendre en compte l’effet des grilles mais également du changement de phase et des différents phénomènes influents sur la taille de goutte moyenne dans le cœur au cours du renoyage. Les gouttes n’étant pas de taille unique, il s’agira ensuite de prendre en compte la polydispersion en taille de goutte et d’étudier l’effet de cette polydispersion sur les principaux paramètres d’intérêt du transitoire.
La thèse s’appuiera pour la validation des modèles qui seront développés sur plusieurs expériences et particulièrement l’expérience RBHT (Rod Bundle Heat Transfer) qui permet de simuler le renoyage d’un cœur de réacteur à eau pressurisée. Cette thèse s’oriente donc sur du développement de modèles physiques (effet des grilles, fragmentation, coalescence, entrainement, déposition de gouttes), leur implémentation dans l'outil de calcul scientifique CATHARE et sur leur validation à l’aide d’expériences existant dans la littérature. Cette thèse présente un fort intérêt académique comme industriel et permettra à l'étudiant de développer ses compétences sur l'analyse physique et la construction de modèles, comme sur l’utilisation et le développement d’outils de calcul scientifique, ce qui sera valorisable tout au long de sa vie professionnelle.

Laboratoire

Département de Modélisation des Systèmes et Structures
Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides
Laboratoire de Modélisation et simulation à l’Echelle Système
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