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Nouveau modèle de condensation en écoulement stratifié à l'échelle CFD et macroscopique par remontée d'échelle diphasique

Défis technologiques Energie, thermique, combustion, écoulements Sciences pour l’ingénieur Simulation numérique

Résumé du sujet

Dans le cadre de la sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP), l’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) est d’une grande importance. L’APRP est un accident hypothétique provoqué par une brèche dans l’enveloppe du circuit primaire. Cette brèche entraîne une chute de la pression dans le circuit primaire et une perte de l’inventaire en eau de ce circuit, dont résulte un échauffement des crayons combustibles qui doit rester limité afin que l’endommagement du combustible ne mette pas en cause le refroidissement du cœur du réacteur et évite sa fusion.

Pour palier cette situation, l’injection de sécurité est activée afin d’injecter de l’eau froide, sous forme d’un jet, dans la branche froide horizontale qui est totalement ou partiellement dénoyée avec la présence de vapeur pressurisée. Un écoulement stratifié apparaît dans la branche froide avec des phénomènes de condensation important au voisinage du jet et au niveau de la surface libre dans les zones d’écoulement stratifié. De nombreux travaux expérimentaux et numériques ont été menés sur les transferts interfaciaux à la surface libre sur des sections rectangulaires et cylindriques. Les simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) de la condensation à la surface libre sont réalisées avec le code Neptune_CFD, code utilisé par FRAMATOME, EDF et le CEA. Actuellement, Neptune_CFD, dispose de trois modèles de transfert de chaleur à la surface libre. Ces modèles ont été établis à partir d’un nombre réduit de simulations (DNS, LES et RANS) sur des configurations rectangulaires qui restent éloignées de la configuration d’intérêt. Les écoulements dans une section rectangulaire sont plutôt des écoulements parallèles alors que dans une section cylindrique, les écoulements sont tridimensionnels.

L’objectif de la thèse est d’améliorer la modélisation de la condensation à la surface libre dans une configuration à section circulaire. Dans un premier temps, une étude bibliographique sera menée sur les régimes d’écoulement de surface libre ainsi que sur des travaux expérimentaux de caractérisation de l’aire interfaciale, de la vitesse moyenne interfaciale, des termes de turbulence au voisinage de la surface libre et des transferts de chaleur. En parallèle, un nouveau modèle sera développé par rapport aux différents éléments d’amélioration identifiés avec la mise en œuvre de la validation associée. Il est aussi envisagé de mener des travaux de remontée d’échelle des simulations CFD diphasiques vers une approche macroscopique CATHARE. Cette méthode de remontée d’échelle se basera sur les travaux de thèse de Tanguy Herry.

Laboratoire

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