Caractérisation des coulées de magma à travers des débris lors d'un transitoire accidentel

Characterization of magma flows through a debris bed during a severe accident

• Auteur / Autrice : Juliana Garcia Sarmiento
• Direction : Pierre Sagaut, Florian Fichot, Vincent Topin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire d'Etude de la Physique du Corium (IRSN) (Saint-Paul-Lez-Durance ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Aussillous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucie Merlier, Juliana Garcia Sarmiento
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Romain Le Tellier, Florian de Vuyst

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Coeurs

Accidents nucléaires

Fusion nucléaire

Méthode de Boltzmann sur réseau

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Méthode Lattice Boltzmann

Réacteur nucléaire

Accident grave

Solidification

Fusion

Lattice Boltzmann method

Nuclear reactor

Severe accident

Solidification

Melting

Phase change

Résumé

Les études liées à la sûreté nucléaire sont d'une grande importance et d'une très grande complexité. Des modèles théoriques aux expériences, les chercheurs tentent de comprendre le comportement du cœur du réacteur en cas d'accident grave afin d'éviter des conséquences majeures. Il est désormais possible de traiter numériquement certains des problèmes les plus complexes liés aux accidents graves. L'une des options récentes est la méthode Lattice Boltzmann (LBM) dont les principes fondamentaux sont basés sur la nature cinétique des fluides à l'échelle mésoscopique. Dans ce travail, nous proposons un couplage entre une LBM et une méthode des volumes finis (MVF) pour la simulation de la progression des matériaux fondus dans le cœur dégradé d'un REP après une perte accidentelle de refroidissement Les deux modèles : un LBM à surface libre qui gère l'hydrodynamique de l'écoulement et une MVF qui est en charge des transferts de chaleur dans le système. Le but de ce travail est de construire un outil numérique solide pour l'étude de la progression du corium fondu pendant un accident grave. Dans son état actuel, le modèle est capable de traiter l'écoulement d'une goutte ou d'un film liquide sur des surfaces ou des obstacles, en prenant en compte le transfert de chaleur et la solidification ou la fusion. Il est implémenté en 2D mais la plupart des fonctionnalités peuvent être utilisées en 3D après des modifications mineures. Cela permettra de prédire les configurations possibles des matériaux du cœur qui peuvent exister à différents stades d'un accident et d'estimer si un refroidissement rapide et efficace de ces configurations pourrait être obtenu (ou non) par injection d'eau

The studies related to nuclear safety are of great importance as well as immense complexity. From theoretical models to experiments, researchers try to understand the behaviour of the reactor core in case of a severe accident to prevent major complications. It is now possible to address some of the most complex issues of severe accidents numerically. One of the recent proposals is the Lattice Boltzmann Method (LBM) whose fundamental principles are based on the kinetic nature of fluids in the mesoscopic scale. In this work, we propose a coupled LBM and finite volume method (FVM) for the simulation of the evolution of molten materials in the degraded core in a nuclear PWR after an accidental loss of cooling. Two main models: a Free Surface LBM that handles the hydrodynamics of the two-phase flow and a FVM that is in charge of the heat transfers in the system. The scope of this work aims at building a solid numerical tool for the investigation of the progression of the molten corium during a severe accident. In its present state of development, the model is able to deal with the flow of a droplet or a liquid film over surfaces or obstacles, with heat transfer and solidification or melting. It is implemented in 2D but most of the functionalities may be used in 3D after minor modifications. This will allow to predict the possible configurations of the core materials that may exist at different stages of an accident and to estimate if a fast and effective cooling of those configurations could be obtained (or not) by injection of water