Etude expérimentale de la distribution en tailles et vitesses des gouttes générées par un front de trempe

Mots clés

Sureté nucléaire, Accident Perte de Réfrigérant Primaire, Ecoulements diphasiques, Thermohydraulique , Diagnostiques optiques

Détail de l'offre

Le présent projet de thèse s'inscrit dans le domaine de la sureté nucléaire dont le sujet concerné est l'accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). Cet accident, pouvant survenir dans un réacteur à eau pressurisé (REP), suit un scénario divisé en trois étapes principales. La première étape correspond à l'apparition d'une brèche dans le circuit primaire ou d'une fuite au niveau des pompes et qui va engendrer un asséchement du cœur du réacteur. Dans la seconde, le réacteur est mis à l'arrêt grâce à la chute automatique des barres de contrôle absorbant les neutrons. Mais une puissance résiduelle d'environ 7% de la puissance nominale persiste et doit être évacuée sous peine de fusion du cœur. C'est alors qu'intervient la troisième étape avec l'injection d'eau pour renoyer le cœur. Et cette troisième étape, dénommée phase de renoyage d'un APRP, constitue le contexte du projet de thèse. En particulier, il est fondamental d'évaluer les performances et efficacité du refroidissement des barres combustibles par le renoyage.
La phase de renoyage est un phénomène transitoire durant lequel un front de tempe (interface entre la surface libre de l'eau et l'air ambiant) évolue le long des barres de combustibles portées environ à 800°C. Le front de trempe est alors caractérisé par une ébullition intense qui va générer un écoulement diphasique gouttes-vapeur connu sous le nom d'écoulement de type DFFB (Dispersed Film Flow Boiling). Or la connaissance de la distribution en taille et vitesse des gouttes est la clé pour pouvoir évaluer la capacité de refroidissement de l'écoulement DFFB. Cependant, les données expérimentales accessibles restent très limitées car les conditions pour reproduire fidèlement ce type d'écoulement sont difficiles à réaliser en laboratoire. Ainsi, l'objectif de la thèse est d'améliorer le niveau de connaissance des mécanismes de formation des gouttes au niveau d'un front de trempe représentatif. Pour cela, la thèse s'articulera autour de deux axes. Le premier axe sera expérimental et utilisera un banc expérimental, sur la base d'un premier banc existant, spécifiquement conçu pour reproduire un front de trempe dans un tube chauffé par effet joule. Les caractéristiques des gouttes (taille, vitesse et température) mais aussi le flux échangé entre l'écoulement DFFB et le tube seront mesurés par diagnostiques optiques. L'influence de la longueur du tube, de la puissance électrique de chauffe, de la température de la paroi du tube et le début d'eau sera en particulier étudié. Enfin, dans le second axe, les résultats expérimentaux seront comparés à ceux obtenus avec le code de simulation numérique DRACCAR. En particulier, il s'agira d'évaluer et expliquer des écarts éventuels entre les résultats expérimentaux et ceux donnés par les modèles inclus dans le code de calcul.