Étude du refroidissement d'un assemblage combustible par un écoulement vertical vapeur/gouttes à l'échelle d'un sous-canal

Study of the nuclear fuel assembly cooling in subchannel scale with a vertical steam/droplets flow

• Auteur / Autrice : Juan Esteban Luna Valencia
• Direction : Michel Gradeck, Alexandre Labergue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie et Mécanique
• Date : Soutenance le 24/03/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Seiler (marie)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Gradeck, Alexandre Labergue, Jérôme Bellettre, Romuald Rullière, Irina Panfilova, Françoise Bataille, Claire Laurent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Bellettre, Romuald Rullière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plan d'expérience

Interaction fluide-structure

Tubes -- Fluides, Dynamique des

Transfert de chaleur

Thermohydraulique

Réacteurs à eau sous pression -- Perte de fluide de refroidissement

Mots clés libres

APRP

Renoyage

Thermohydraulique

LOCA

Reflooding

Thermohydraulics

Résumé

Lors d'un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), une augmentation de la température du combustible ainsi que la chute de la pression dans le cœur peut survenir et éventuellement conduire à des déformations importantes voire à la rupture des gaines des crayons de combustible. Par conséquent, l'efficacité des systèmes de sécurité peut être compromise. La compréhension de l'ensemble de ces phénomènes constitue un enjeu de sûreté important, c'est pourquoi, l'IRSN développe le logiciel DRACCAR dont l'objectif est de reproduire l'ensemble des phénomènes mécaniques, chimiques et thermohydrauliques d'un APRP. Les outils de simulation comme DRACCAR ont besoin d'être confrontés à des résultats expérimentaux. C'est dans ce cadre que s'inscrit la présente thèse. D'un point de vue thermohydraulique, il est essentiel que DRACCAR puisse simuler de manière précise les différents mécanismes de transfert de chaleur se produisant au niveau d'un sous-canal d'un assemblage. Le but de cette thèse est de contribuer à l'amélioration des modèles de DRACCAR et à la validation du logiciel. Pour cela, des essais expérimentaux sont réalisés sur la boucle COLIBRI, permettant de reproduire l'écoulement fluide caractéristique d'un APRP dans un sous canal partiellement bouché et les échanges parois/fluides s'y déroulant. Cette installation, développée lors d'une précédente thèse (Peña Carillo, 2018), est associée au logiciel (NECTAR) dédié à la modélisation des phénomènes couplés de transfert de chaleur et de masse, ainsi qu'à la dynamique des gouttes dans la section d'essais de COLIBRI. Ce logiciel permet d'analyser les résultats COLIBRI mais aussi de tester différents modèles physiques avant éventuellement de les intégrer dans DRACCAR.

During a Loss of Coolant Accident (LOCA), an increase in fuel temperature and a drop in core pressure can occur and eventually lead to significant deformation or even rupture of the fuel rod cladding. Consequently, the effectiveness of the safety systems can be compromised. Understanding all these phenomena is an important safety issue, which is why IRSN is developing the DRACCAR software, the aim of which is to reproduce all the mechanical, chemical and thermal-hydraulic phenomena of a LOCA.Simulation tools such as DRACCAR need to be compared with experimental results. It is in this context that the present thesis was written. From a thermal-hydraulic point of view, it is essential that DRACCAR can accurately simulate the different heat transfer mechanisms occurring in a sub-channel of an assembly. The aim of this thesis is to contribute to the improvement of DRACCAR models and to the validation of the software. For this purpose, experimental tests are carried out on the COLIBRI loop, allowing to reproduce the characteristic fluid flow of a PRCA in a partially plugged sub-channel and the wall/fluid exchanges taking place there. This setup, developed in a previous thesis (Peña Carillo, 2018), is associated with software (NECTAR) dedicated to the modeling of coupled heat and mass transfer phenomena, as well as drop dynamics in the COLIBRI test section. This software allows to analyze COLIBRI results but also to test different physical models before eventually integrating them into DRACCAR.