Extension des fonctions de paroi pour le traitement de la condensation en présence d'incondensables

par Nan Jiang

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Bérengère Podvin.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec LIMSI - Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur (laboratoire) , Aérodynamique Instationnaire : Turbulence & Contrôle (AERO) (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 25-10-2017 .


  • Résumé

    La pression dans l'enceinte de confinement d'un réacteur à eau pressurisée (REP) résulte de 2 effets opposés: la montée en pression due au relâchement de vapeur pendant l'accident grave et la baisse de pression par condensation de cette vapeur sur les parois froides. Usuellement, dans les outils de simulation CFD RANS, ce phénomène de condensation de vapeur en présence d'incondensables est évalué par des corrélations issues d'essais en canaux rectangulaires comme CONAN et COPAIN. Ces corrélations s'appuyant elles-mêmes sur l'analogie entre les transferts de chaleur et de masse. La condensation peut aussi être évaluée par calculs CFD RANS incluant une modélisation à bas nombre de Reynolds permettant une résolution numérique étendue jusqu'à la sous-couche visqueuse, mais qui nécessitent des maillages fins généralement prohibitifs à l'échelle de l'enceinte. Néanmoins, ces modèles peuvent servir de référence pour construire une remontée d'échelle via les fonctions de paroi. Compte tenu des progrès récents publiés dans le domaine, il est proposé de poursuivre cet objectif, en étendant les potentialités des fonctions de paroi standard au traitement de la condensation. Deux voies principales seront explorées avec une démarche similaire aux travaux de l'université de Manchester : un modèle analytique pour les profils de viscosité turbulente incorporant le plus d'effets possibles tels que l'aspiration, la présence du film, les forces gravifiques et les gradients de pression et un modèle numérique monodimensionnel résolvant de manière détaillée les équations bilans du problème de sous maille. Cette modélisation sera validée sur la base expérimentale COPAIN (expériences réalisées au CEA en 1999) étendue à des résultats de l'expérience allemande SETCOM (collaboration avec FZJ) dans lesquels des mesures proches paroi de vitesse, température et concentration sont et seront disponibles. Le modèle sera à terme intégré à l'outil NEPTUNE-CFD.

  • Titre traduit

    Extensions of wall functions for condensation treatment in the presence of incondensable components


  • Résumé

    The pressure in the containment chamber of a pressurized water reactor (PWR) results from two opposite effects: the increase in pressure due to the release of steam during the severe accident and the pressure drop by condensation of this steam on the cold walls. Usually, in CFD RANS simulation tools, this phenomenon of vapor condensation in the presence of incondensables is evaluated by correlations resulting from tests in rectangular channels such as CONAN and COPAIN. These correlations are themselves based on the analogy between heat and mass transfers. The condensation can also be evaluated by CFD RANS calculations including a low Reynolds number modeling allowing a numerical resolution extended up to the viscous sub-layer, but which require fine meshes generally prohibitive on the scale of the enclosure. Nevertheless, these models can serve as a reference to build upscaling via wall functions. In view of recent progress in the field, it is proposed to pursue this objective, extending the potentialities of standard wall functions to the treatment of condensation. Two main tracks will be explored with a similar approach to the work of the University of Manchester: an analytical model for turbulent viscosity profiles incorporating the most possible effects such as suction, the presence of film, gravitational forces and pressure gradients and a one-dimensional numerical model solving in detail the equilibrium equations of the mesh problem. This modeling will be validated on the experimental basis COPAIN (experiments carried out at the CEA in 1999) extended to the results of the German SETCOM experiment (collaboration with FZJ) in which near wall measurements of speed, temperature and concentration are and will be available. The model will eventually be integrated into the NEPTUNE-CFD tool.