Etude du flux critique en transitoire rapide à pression modérée

par Raksmy Nop

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Marie-Christine Duluc.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne) , en partenariat avec LIMSI - Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur (laboratoire) , Transferts Solide-Fluide (TSF) (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Comprendre la physique des transferts thermiques entre combustible et modérateur durant une excursion exponentielle de puissance est d'un intérêt primordial pour la sûreté des réacteurs nucléaires expérimentaux. Une telle excursion peut se produire en cas d'insertion brutale de réactivité, du fait par exemple de l'éjection d'une barre de contrôle. La principale contre-réaction susceptible de modérer cette excursion est alors la contre-réaction par effet de vide, notamment lorsque le combustible est très enrichi. Comme l'eau est à forte sous-saturation et la constante de temps caractéristique de l'excursion très courte (quelques ms), les bulles générées en surface du combustible peuvent être de taille suffisamment petite pour que la vapeur produite ne permette pas de stabiliser le réacteur avant d'attendre un régime d'ébullition en film, menant à une dégradation des transferts thermiques en paroi et possiblement à la fusion du combustible. De ce fait, comprendre l'apparition de l'ébullition en film dans les conditions de ces transitoires est un sujet important pour les analyses de sûreté de ces réacteurs. Si le phénomène a été étudié largement en stationnaire, et si des études transitoires ont permis d'aborder l'effet des courtes périodes d'excursion, les domaines de pression, sous-saturation et circulation du fluide applicables aux réacteurs expérimentaux n'ont pu être approchés et compris expérimentalement. La qualité des dispositifs à disposition de l'étudiant dans le cadre d'un partenariat avec le MIT permet maintenant d'étudier le mécanisme de formation d'un tel film dans des conditions proches de celles de transitoires accidentels. Ces études expérimentales constitueront une partie importante du travail de thèse. En parallèle, l'étudiant cherchera à établir des corrélations et à modéliser physiquement les mécanismes de passage à l'ébullition en film, et à étudier l'effet de cette nouvelle compréhension sur la sûreté. Il pourra éventuellement aussi s'appuyer sur la simulation numérique aux petites échelles pour ce faire.

  • Titre traduit

    Transient critical heat flux at moderate pressure conditions


  • Résumé

    The understanding of heat transfer physics between fuel and moderator during an exponential power excursion is of key importance for experimental nuclear reactors security. Such an excursion can appear in case of a brutal reactivity insertion, for instance when a control rod is ejected. The main reactivity feedback able to moderate that excursion is the void effect feedback, especially when the fuel is highly enriched. As the water is highly undersaturated and as the characteristic time associated to the power excursion is really short, a few ms, the generated bubbles on the fuel surface can be too small to enable the generated steam to stabilize the reactor before reaching a film boiling regime. This leads to deteriorate heat transfers on the surface and thus possibly to fuel melting. Hence, understand the ebullition crisis under these transient conditions is an important subject for the security analysis of these types of reactor. If the stationary phenomenon has been a wide study, and if studies on transient regimes have afforded to address effects of short-time excursions, the domain of pressure, subcooled and fluid flow valid for most experimental reactors have never been approached and understand experimentally. Thanks to a partnership with MIT, the quality of devices made available to the student allows to study the formation mechanism of such a film in conditions close to the accidental transient ones. These experimental studies will constitute a significant part of the Ph.D. work. In parallel, the student will seek to establish correlations and to physically model the ebullition crisis mechanism , and to re-examine safety according to the new understanding. Eventually, the student might also rely on small-scale numerical simulation.