Étude numérique 0D-multiD pour l'analyse de perte de réfrigérant dans une enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire

par Yong-Joon Choi

Thèse de doctorat en Énergétique et génie des procédés

Sous la direction de Guy Lauriat.

Soutenue en 2005

à Marne-la-Vallée .


  • Résumé

    Dans le cadre d’accident grave (perte de réfrigérant) de REP, les propriétés thermodynamiques à l’intérieur de l’enceinte résultant de la condensation de la vapeur d’eau conditionnent de manière importante le risque. Il est donc nécessaire de connaître précisément les distributions de température, de pression et de concentrations des espèces gazeuses. Cependant, la complexité des géométries et le coût élevé des calculs sont une forte contrainte pour mener des simulations entièrement 3D. Dans cette thèse, nous présentons donc une approche alternative, à savoir le couplage entre un modèle-0D et un modèle-MultiD. Ce couplage repose sur l’introduction d’une "fonction de transfert " entre les deux modèles et vise à l’abaissement des temps de calcul. En premier lieu, nous étudions les modèles de condensation en paroi d’Uchida et de Chilton-Colburn qui sont utilisés dans le code CAST3M/TONUS. Nous procédons, pour ce faire, à des calculs stationnaires avec le module TONUS-0D et nous comparons les résultats obtenus avec ceux issus de la littérature. Afin d’établir la "fonction de transfert", nous modélisons la convection naturelle au sein d’une cavité rectangulaire partitionnée représentant une géométrie simplifiée de l’enceinte réacteur, et nous étudions les transferts de chaleur au travers de la paroi centrale. Un modèle incompressible avec approximation de Boussinesq et un modèle asymptotique bas Mach sont utilisés pour résoudre les équations de conservation. La méthode des éléments finis SUPG et un schéma implicite sont appliqués pour la discrétisation. La méthode d’extrapolation de Richardson nous permet d’obtenir des valeurs "Exactes" indépendamment des tailles de maillage. Ces méthodes sont validées sur un cas académique de cavité carrée différentiellement chauffée. L’analyse des résultats porte sur les variations du nombre de Nusselt (Nu) en fonction de l’épaisseur de paroi (0. 01 ≤ γ ≤ 0. 2) et du rapport des conductivités entre la paroi et le fluide (1 ≤ σ ≤ 10 [puissance] 5 ). Finalement, nous introduisons une "fonction de transfert" basée sur la résistance thermique de la paroi et nous procédons à sa validation par la simulation d’une ’demi-cavité’

  • Titre traduit

    A numerical study on a lumped-parameter model and a CFD code coupling for the analysis of the loss of coolant accident in a reactor containment


  • Résumé

    In the case of PWR severe accident (Loss of Coolant Accident, LOCA), the inner containment ambient properties such as temperature, pressure and gas species concentrations due to the released steam condensation are the main factors that determine the risk. For this reason, their distributions should be known accurately, but the complexity of the geometry and the computational costs are strong limitations to conduct full three-dimensional numerical simulations. An alternative approach is presented in this thesis, namely, the coupling between a lumped-parameter model and a CFD. The coupling is based on the introduction of a "heat transfer function" between both models and it is expected that large decreases in the CPU-costs may be achieved. First of all, wall condensation models, such as the Uchida or the Chilton-Colburn models which are implemented in the code CAST3M/TONUS, are investigated. They are examined through steady-state calculations by using the code TONUS-0D, based on lumpedparameter models. The temperature and the pressure within the inner containment are compared with those reported in the archival literature. In order to build the "heat transfer function", natural convection heat transfer is then studied by using the code CAST3M for a partitioned cavity which represents a simplified geometry of the reactor containment. At a first step, two-dimensional natural convection heat transfer without condensation is investigated only. Either the incompressible-Boussinesq fluid flow model or the asymptotic low Mach model are considered for solving the time dependent conservation equations. The SUPG finite element method and the implicit scheme are applied for the numerical discretization. The computed results are qualified by the second-order Richardson extrapolation method which allows obtaining the so-called "Exact values", i. E. Grid size independent values. The computations are also validated through non-partitioned cavity case studies. The discussion is focused on heat transfer characteristics such as the variations of the average Nusselt number (Nu) versus the dimensionless thickness of the partition (0. 01 ≤ γ ≤ 0. 2) and conductivity ratio of the partition wall to the fluid (1 ≤ σ ≤ 10 [puissance] 5 ). Finally, a "heat transfer function" is suggested based upon the thermal resistance of the partition wall. The validity of the model is assessed thanks to comparisons with ’half-cavity’ simulations

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXXV-241 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-182 (78 réf.)

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  • Bibliothèque : Université Gustave Eiffel. Bibliothèque.
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  • Cote : 2005 CHO 0257
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