Simultaneous measurements of velocity and temperature by non-intrusive optical methods in a complex geometry : Application to the upper plenum of the sodium cooled reactor ASTRID

par Mira Chitt

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Lionel Rossi.

Soutenue le 19-12-2019

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Commissariat à l'énergie atomique (France). Direction de l'Energie Nucléaire (Cadarache, Bouches-du-Rhône) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Chantal Staquet.

Le jury était composé de Lionel Rossi, Chantal Staquet, Fabrice Onofri, Alexandre Labergue, David Guénadou, Frédéric Moisy.

Les rapporteurs étaient Fabrice Onofri, Alexandre Labergue.

mots clés

• Expériences
• Mesure
• Jets
• Vitesse
• Température
• Fluorescence
• Expériences
• Mesure
• Jets
• Vitesse
• Température
• Fluorescence

Titre traduit

Mesures simultanées non-intrusive de vitesse et température par méthode optique dans une géométrie complexe : Application au collecteur chaud du réacteur refroidi au sodium ASTRID

Résumé

Des problématiques thermo-hydrauliques du plénum supérieur d'ASTRID ne peuvent être étudiés à partir du retour d’expérience des réacteurs et des simulations numériques puisque les codes de calcul ne permettent pas de modéliser ces problèmes avec une confiance suffisante. Pour valider les approches numériques et la conception d'ASTRID, il a été identifié des besoins en maquettes expérimentales. La maquette MICAS représentative du plenum supérieur a été conçue à cette fin. Pour valider les codes numériques, les champs de vitesse et de température sont très importants. Si la mesure de champ de vitesse par PIV est fréquemment utilisée au LTHC, la méthode LASER Induced Fluorescence (LIF) a nécessité de développement et mise en œuvre. La fluorescence induite par laser consiste en l'émission spontanée de photons par les molécules d'un traceur, à la suite de l'absorption d'un rayonnement laser. Des expériences d'étalonnage de LIF à un colorant ont été réalisées pour étudier leur réponse en fluorescence. La LIF à deux colorants est très intéressante aussi. PIV et LIF à deux colorants sont appliquées sur une nouvelle installation expérimentale (géométrie complexe à deux jets) conçue pendant cette thèse afin de permettre une représentative de la maquette MICAS.

mots clés

• Experiments
• Measurement
• Jets
• Velocity
• Temperature
• Fluorescence

Résumé

Thermal hydraulic problems of the upper plenum of ASTRID cannot be studied from the feedback of the reactors and the numerical simulations since the codes do not make it possible to model these problems with a sufficient confidence. To validate the numerical approaches and the design of ASTRID, needs have been identified for experimental models. The representative MICAS model of the upper plenum has been designed for this purpose. To validate the numeric codes, the velocity and temperature fields are mustbe measured. While PIV technique is frequently used at the LTHC, the LASER Induced Fluorescence (LIF) method required development and implementation. The principle of LIF is based on the spontaneous emission of photons by the molecules of a tracer, as a result of the absorption of laser radiation. LIF calibration experiments with a dye were performed to study their fluorescence response. The LIF with two dyes is very interesting too. PIV and LIF with two dyes are applied on a new experimental installation (complex geometry with two jets) conceived during this thesis in order to allow a representative of the model MICAS.