Modélisation et simulation numérique du colmatage à l’échelle du sous-canal dans les générateurs de vapeur

• Auteur / Autrice : Thomas Prusek
• Direction : Marc Jaeger, Marc Grandotto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l’Ingénieur
• Date : Soutenance le 11/12/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Climent, Michel Cournil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tuyaux -- Incrustations

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Générateur de vapeur

Colmatage

Échelle du sous-canal

Milieu diphasique

Méthode inverse

Steam generator

Tube support plate flow blockage

Subchannel scale

Two-phase flow

Inverse method

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche industriel visant à améliorer les méthodes et les outils de simulation du comportement thermohydraulique et vibratoire dans les générateurs de vapeur des centrales nucléaires, en présence de colmatage. Le colmatage des générateurs de vapeur est un phénomène de déposition de matières au niveau d'interstices, appelés passages foliés, qui perturbe la libre circulation de l'écoulement appartenant au circuit secondaire. L'objectif de ces travaux de thèse est de disposer d'un modèle permettant de simuler ce phénomène dans l'intégralité du générateur de vapeur à l'échelle du sous-canal du faisceau de tubes. Le modèle proposé se décompose en deux étapes au niveau de chaque passage folié : une étape de déposition des particules, et une étape de consolidation du dépôt par précipitation d'espèces solubles. Une méthode inverse d'assimilation de données a été développée pour ajuster ce modèle sur les différentes observations issues du retour d'expérience disponible à EDF. Les résultats de simulation sont comparables aux données mesurées sur sites d'exploitation pour les générateurs de vapeur étudiés. L'impact du colmatage sur l'écoulement se caractérise par l'apparition de survitesses en partie supérieure du générateur de vapeur à l'origine d'instabilités vibratoires des tubes, et par la diminution du taux de recirculation. Par ailleurs, les résultats de simulation confirment qu'une augmentation du pH dans l'ensemble du circuit secondaire semble une solution intéressante pour atténuer le phénomène de colmatage. Ce remède est actuellement envisagé sur le parc nucléaire français.

In nuclear power plants, corrosion product deposits in the secondary side of steam generators may result in tube support plate flow blockage. Flow blockage is a deposit at the inlet of tube support plate flow holes. It may induce high velocity zones in the secondary flow, then vibrations and tube cracks in some cases. The main objective of this work is to model and simulate this deposit phenomenon in the whole steam generator. A new deposit model has been also developed and implemented in the frame of THYC. THYC is the EDF's reference code for the modelling of 3D two-phase thermal-hydraulic phenomena at the subchannel scale. The deposit model is defined by two main steps : particle deposition, and strengthening process due to soluble species precipitation in the pores of particle deposits. It is calibrated on blockage rates observed in steam generators using an inverse method also developed in this work. The relevance of this model is tested by comparing the simulation results to the actual levels of flow blockage observed in some nuclear plants. The main impact of flow blockage on the secondary flow is localized at the upper tube support plate and may induce tube vibrations. Moreover the simulation results underline the pH dependence of flow blockage phenomenon. A pH elevation of the secondary flow is one of the remedies currently considered on EDF's nuclear fleet.