Modélisation, analyse, et simulation d'écoulements en thermohydraulique par modèles 6 équations

par Lei Zhang

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Jean-Michel Ghidaglia.

Soutenue le 07-06-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de Mathématiques Hadamard , en partenariat avec École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement opérateur d'inscription) et de Centre de mathématiques et de leurs applications (Cachan, Val-de-Marne) (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Trouvé.

Le jury était composé de Jean-Michel Ghidaglia, Alain Trouvé, Raphaël Loubère, Roland Masson, Anela Kumbaro, Jean-Michel Rovarch, Imad Toumi.

Les rapporteurs étaient Raphaël Loubère, Roland Masson.


  • Résumé

    Actuellement, les codes de calcul de composants thermohydrauliques de réacteurs nucléaires du CEA et d'EDF utilisent des modèles physiques diphasiques de mélange à 3 ou 4 équations. Or, il existe un fort besoin industriel pour des modèles physiques plus sophistiqués tels que le modèle diphasique à 6 équations voire des modèles multichamps. Par ailleurs, le code système CATHARE du CEA, un des codes systèmes les plus utilisés aujourd'hui sur le plan international, utilise un modèle physique diphasique à 6 équations et un schéma numérique semi-implicite de type ICE à maillages décalés. Le schéma de CATHARE est connu pour sa robustesse dans une large gamme de configurations d'écoulement. En s'inspirant de l'expérience de CATHARE, on propose de mettre en œuvre un schéma volumes finis colocalisés de type « pressure based ». Le but est d'obtenir un décentrement des flux qui assure la robustesse du schéma tout en gardant une bonne précision. De plus, le fait de pouvoir utiliser des maillages colocalisés (structurés ou non-structurés) permet de traiter de différentes configurations complexes de cœur de réacteurs et de réaliser des calculs fin d'inter assemblage. Le schéma doit conserver exactement la masse et l'énergie et la solution numérique doit converger lorsque l'on raffine le maillage. Le schéma doit être capable de traiter des cas d'apparition et de disparition des phases, par exemple le cas de la colonne bouillante où il y a changement de phase dû au transfert de chaleur, des cas de tuyères avec changement de phase dû à un élargissement ou un rétrécissement brusque, ou de séparation de phase par gravité. En outre le schéma doit être capable de traiter des configurations de calcul à faible nombre de Mach, par exemple le cas du renoyage d'un cœur de réacteur. L'objet de la thèse consistera à développer une méthode Volumes Finis co-localisés (dans l'esprit de Ghidaglia et al.) et la direction d'investigation s'inspirera des travaux de Jeong et al. qui a conduit au code CUPID. Références. Ghidaglia, J. M., Kumbaro, A., & Le Coq, G. (2001). On the numerical solution to two fluid models via a cell centered finite volume method. European Journal of Mechanics-B/Fluids, 20(6), 841-867. Jeong, J. J., Yoon, H. Y., Cho, H. K., Kim, J., & Park, I. K. (2008). A semi-implicit numerical scheme for a transient two-fluid three-field model on an unstructured grid. International Communications in Heat and Mass Transfer, 35(5), 597-605.

  • Titre traduit

    Modeling, analysis and simulation of flows in thermohydraulics via 6-equation models


  • Résumé

    Currently, there is a strong industrial need for sophisticated physical models such as the two-phase model with 6 equations or multi-field models for the thermo-hydraulic calculation of nuclear reactor components. In addition, the system code CATHARE of CEA, one of the most utilized system codes at the international level, employs a two-phase 6 equations and a semi-implicit numerical scheme of ICE type on staggered grids. The code CATHARE is known for its robustness in a wide range of flow configurations. Drawing on the experience of CATHARE, we propose to implement a collocated finite volume pressure based scheme. The aim is to obtain a decentering of flux which ensures the robustness of the scheme while keeping good accuracy. In addition, being able to use collocated grids (structured or unstructured) can handle different complex configurations. The scheme should conserve exactly the mass and energy and the numerical solution needs to converge when the mesh is refined. The scheme should be able to handle cases of phase appearance and disappearance, for example in the case of boiling column where phase change is due to heat transfer, the case of nozzles with phase change due to a widening or abrupt narrowing, or phase separation by gravity. In addition the scheme should be capable of calculation configurations at low Mach number. The purpose is to develop a co-located Finite Volume method (in the spirit of Ghidaglia et al.) And direction of investigation is build on work of Jeong et al. which led to CUPID code. References: Ghidaglia, J. M., Kumbaro, A., & Le Coq, G. (2001). On the numerical solution to two fluid models via a cell centered finite volume method. European Journal of Mechanics-B/Fluids, 20(6), 841-867. Jeong, J. J., Yoon, H. Y., Cho, H. K., Kim, J., & Park, I. K. (2008). A semi-implicit numerical scheme for a transient two-fluid three-field model on an unstructured grid. International Communications in Heat and Mass Transfer, 35(5), 597-605.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.