Expérimentation, modélisation et simulation de l'impact de gouttes d'eau sur le gainage gonflé des assemblages d'un coeur de REP en situation d'ARP, Droplet/wall heat transfer in Leidenfrost regime : experimental and analytical approaches

Franck Lelong

Description

Sous la direction de Michel Gradeck, Denis Maillet
Thèse soutenue le 04 octobre 2010: Nancy 1
Au cours d’un transitoire d’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), la vaporisation de l’eau dans la cuve d’un réacteur nucléaire conduit à l’assèchement et à l’augmentation de la température des crayons de combustible, à leur gonflement thermomécanique et à la rupture des gaines de ces crayons remplies de matériaux combustibles fragmentés. Ce gonflement peut être à l’origine d’un bouchage significatif d’une partie du coeur et compromettre ainsi son refroidissement lors de la phase de renoyage où l’eau injectée via les systèmes de sécurité pénètre dans le bas du coeur. Lors de cette phase de renoyage, la vaporisation importante de l’eau produit un fort débit de vapeur qui arrache et entraîne des gouttelettes dans les zones bouchées. L’enjeu de cette thèse est d’évaluer les capacités de refroidissement des crayons ballonnés par l’impact des gouttes d’eau. Pour ce faire, une étude expérimentale est réalisée au LEMTA de Nancy, afin de mesurer le flux de refroidissement d’un train de gouttes impactant une paroi chaude. L’influence des caractéristiques dynamiques des gouttes sur le flux échangé entre la goutte et la paroi est expérimentalement étudiée. Ces essais ont permis la réalisation d’une base de donnée permettant de valider un modèle de flux goutte/paroi Ce modèle d’échange goutte/paroi est réalisé à partir d’une modélisation des paramètres clefs gouvernant l’échange, à savoir, le diamètre d’étalement de la goutte sur la paroi, l’épaisseur de la couche de vapeur créée sous la goutte et le temps de séjour de la goutte sur la paroi. Ce modèle, validé expérimentalement, est intégré dans le code NEPTUNE_CFD dans le but de réaliser des simulations de refroidissement d’un assemblage de crayon, en phase de renoyage, en prenant en compte l’effet des gouttes impactantes
-Aprp
-Impact de gouttes
-Méthode inverse
-Modélisation
-Simulation
In a pressurized water reactor (PWR), during a Loss Of Coolant Accident (LOCA), liquid water evaporates and the fuel assemblies are not cooled anymore; as a consequence, the temperature rises to such an extent that some parts of the fuel assemblies can be deformed resulting in ’ballooned regions’. When reflooding occurs, the cooling of these partially blocked parts of the fuel assemblies will depend on the coolant flow that is a mixture of overheated vapour and undersaturated droplets. The aim of this thesis is to study the heat transfer between droplets and hot walls of the fuel rods. In this purpose, an experimental device has been designed in accordance with droplets and wall features (droplet velocity and diameter, wall temperature) representative of LOCA conditions. The cooling of a hot Nickel disk, previously heated by induction, is cooled down by a stream of monodispersed droplet. The rear face temperature profiles are measured by infrared thermography. Then, the estimation of wall heat flux is performed by an inverse conduction technique from these infrared images. The effect of droplet dynamical properties (diameter, velocity …) on the heat flux is studied. These experimental datas allow us to validate an analytical model of heat exchange between droplet and hot slab. This model is based on combined dynamical and thermal considerations. On the one hand, the droplet dynamics is considered through a spring analogy in order to evaluate the evolution of droplet features such as the spreading diameter when the droplet is squeezed over the hot surface. On the other hand, thermal parameters, such as the thickness of the vapour cushion beneath the droplet, are determined from an energy balance. In the short term, this model will be integrated in a CFD code (named NEPTUNE_CFD) to simulate the cooling of a reactor core during a LOCA, taking into account the droplet/wall heat exchange
Source: http://www.theses.fr/2010NAN10102/document

Sujets

• Modélisation

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 92
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

AVERTISSEMENT

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LIENS


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http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm THESE
Présentée pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Université Henri Poincaré – Nancy 1
Spécialité : Mécanique et Energétique
par Franck LELONG
Expérimentation, modélisation et simulation de l’impact de
gouttes d’eau sur le gainage gonflé des assemblages d’un cœur
de REP en situation d’APRP
Soutenue publiquement le 04 octobre 2010
Membres du jury :
Président : Catherine COLIN Professeur INP/ENSEEIHT, IMFT Toulouse
Rapporteurs : Christophe LE NILIOT Professeur Université Aix-Marseille 1, IUSTI Marseille
Jùlio Cesar PASSOS Professeur Université Fédérale de Santa Catarina, Brésil
Examinateurs : Nathalie SEILER Ingénieur/chercheur IRSN, Cadarache
Michel GRADECK Maître de Conférences UHP, LEMTA Nancy (Directeur)
Denis MAILLET Professeur INPL, LEMTA Nancy (Co-directeur)
Benoit STUTZ Maître de conférences Univ. Savoie, LOCIE Chambéry
Pascal BOULET Professeur UHP, LEMTA Nancy
Invités : Pierre RUYER Ingénieur/chercheur IRSN, Cadarache
Patrick Jacques Ingénieur EDF-SEPTEN, Lyon Remerciements
Ces travaux de thèse ont été réalisés pour moitié au LEMAR de l’IRSN de Cadarache et au
LEMTA de Nancy.
Je tiens à remercier C. Le Niliot et J.C. Passos d'avoir accepté d'être rapporteurs et d'avoir
manifesté un vif intérêt pour ces travaux. Je remercie également l’ensemble du Jury pour leur
participation à ma soutenance.
Je souhaite également remercier G.Repetto, M. Petit et F. Lemoine pour m’avoir accueilli au
sein de leur laboratoire.
Je souhaite exprimer ma gratitude à M. Gradeck et D. Maillet, mes directeurs de thèse, pour
leurs conseils scientifiques et leur disponibilité constante. Je remercie également Michel pour
m’avoir guidé dans les séminaires internationaux : son expérience et son sens du relationnel ont
été des atouts indéniables …
J'adresse également des remerciements à G. Castanet, P. Dunand, A. Labergue et E. Blaise.
C’était un plaisir de partager tous ces bons moments autour de la manip. J’espère qu’Eric ne me
tiendra pas rigueur pour tous les dommages occasionnés dans la salle de manip.
J'adresse toute ma sympathie à mes collègues de bureau S. Chupin, J. Gerardin, A. Stern, F.
Secondi, S. Bascou avec qui j’ai partagé d’excellents moments. Je n’oublierai pas également de
remercier mes collègues thésards, A. Nowamooz, S. Lechene, Z. Ayadi, L. Trovalet, I.Traore,
M.Chahlafi et l’ensemble des personnes du célèbre groupe « aubépine ». Merci aussi aux
membres du LEMAR. Merci à P. Ruyer pour ses conseils et son aide constante toute au long de
cette thèse et pour toutes ces soirées mémorables …
Merci encore à mes parents, Julia, les Lyonnais et toute ma famille pour m'avoir soutenu tout au
long de ces années.
Pour finir, je tiens à remercier tout particulièrement N. Seiler pour avoir été une responsable de
thèse exemplaire. Ce travail de thèse est un réel travail d’équipe tant elle a été disponible et
impliquée tout au long de ces trois années. Je n’oublierai pas ces longs moments passés dans
son bureau à travailler modèle et simulation, à faire et refaire les courbes … J’ai énormément
appris à ses cotés et je lui en suis très reconnaissant.
Encore merci à vous tous …ux
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