Modélisation CFD thermohydraulique des générateurs de vapeur et application de techniques de réduction de modèle

CFD thermal-hydraulic modeling of steam generators and application of model reduction techniques

• Auteur / Autrice : Claire Dubot
• Direction : Cyrille Allery
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 04/05/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Mejdi Azaïez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Allery, Mejdi Azaïez, Michel Bergmann, Frédéric Plourde, Claudine Wehrli, Clément Bonneau, Vincent Melot, Stéphane Vincent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Bergmann, Frédéric Plourde
• DOI : 10.70675/7d2daf58z7ea8z474cz93cdz402057a682a6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échangeurs de chaleur

Méthodes de simulation

Écoulement diphasique

Décomposition orthogonale aux valeurs propres

Mots clés libres

Générateur de vapeur

Écoulement diphasique

CFD

Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD)

Réduction de modèle (ROM)

Interpolation de bases

Steam generators

Two-phase flow

CFD

Proper Orthogonal Decomposition (POD)

Reduced Order Model (ROM)

Interpolation of reduced bases

Résumé

NAVAL GROUP mène une démarche R&D pour la modélisation et la simulation des échangeurs de chaleur qui a abouti au code de calcul thermohydraulique SIMEC-CFD. Celui-ci repose sur l’analogie entre le faisceau de tubes et un milieu poreux. Le générateur de vapeur est étudié. Il est proposé d’utiliser le modèle de mélange où la vitesse de dérive est reformulée comme une fonction du glissement afin d’implémenter un modèle connu et adapté aux écoulements dans les faisceaux de tubes. SIMEC-CFD est alimenté principalement par des corrélations empiriques. Pour pallier le manque de données dans la littérature, le recours à des techniques de réduction de modèle basées sur la POD est évalué afin de fournir des éléments plus précis à SIMEC-CFD. Celles-ci sont ainsi utilisées pour calculer rapidement l’écoulement et le coefficient d’échange intérieur-tube par un modèle réduit intrusif obtenu par projection de Galerkin des équations sur la base POD et pour définir la perte de charge diphasique par friction extérieur-tube par la méthode d’interpolation des solutions réduites Bi-CITSGM. Enfin, à moyen terme, l’objectif est d’enrichir la simulation de la boucle système à l’aide des simulations de SIMEC-CFD. Cependant, ces simulations CFD étant coûteuses en temps de calcul et en ressources, la réduction de modèle non intrusive par interpolation des coefficients paramétriques de l’échangeur complet est mise en œuvre.

NAVAL GROUP has been carrying out a R&D approach for the modeling and simulation of heat exchangers. This led to the thermal-hydraulic calculation code SIMEC-CFD based on the analogy between the tube bundle and a porous medium. In this work, the steam generator is studied. It is proposed here to use the mixture model where the drift velocity is reformulated as a function of slip in order to implement a model from the literature suitable to flows in tube bundles. SIMEC-CFD is defined mainly by correlations or empirical models. To compensate for the lack of data in the literature, this thesis evaluates the use of model reduction techniques based on POD (Proper Orthogonal Decomposition) in order to supply more precise elements to SIMEC-CFD. These are thus used to calculate the flow and for the inside-tube heat exchange coefficient by a intrusive reduced order model obtained by Galerkin projection on the POD basis and to define the outside-tube two-phase friction pressure loss by the interpolation of reduced solutions Bi-CITSGM. Finally, in the near future, the aim is to expand the system simulation of the secondary loop using SIMEC-CFD. However, these CFD simulations being costly in computation time and in resources, the non-intrusive model reduction by interpolation of the parametric coefficients of the whole heat exchanger is implemented.