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Enhancing Nuclear Safety


Research

Thesis in progress

Instability and dispersion of liquid jets corium: analysis of physical processes and modelling in the MC3D software


Host laboratory: Physics of Severe Accidents Section (BPhAG)

Beginning of the theis: October 2012

Student name: Sebastian Castrillon Escobar

 

 

Thesis description

 

Dans l’hypothèse d’un accident grave survenant dans un réacteur nucléaire (REP, REB, RNR), une fusion du coeur (corium) et sa relocalisation dans le réfrigérant (eau ou sodium) peut mener au phénomène d’explosion de vapeur. Le phénomène est actuellement modélisé et évalué, à l’IRSN, à l’aide du logiciel de CFD multiphasique MC3D, développé par l’IRSN, en collaboration avec le CEA et EDF. Le phénomène est précédé par une phase de (pré)mélange du corium liquide, s’écoulant sous forme de jet, dans le réfrigérant. Le processus de prémélange conditionne à la fois le déclenchement et l’intensité de l’explosion.


Le phénomène de dispersion/fragmentation du corium reste un des éléments les plus complexes et incertains de la modélisation. Il est fait recours actuellement à une modélisation sous-maille des processus de fragmentation basée sur une description locale des processus d’instabilités via une extension du modèle simplifié dit de Kelvin-Helmholtz. Du point de vue théorique (hors code CFD), les modèles mis en oeuvre par le passé sont peu nombreux et se sont appuyés sur des descriptions complexes des processus d’instabilités. Ce type de modélisation très complexe, si elle permet une compréhension accrue, est peu productive car elle ne peut être intégrée dans les logiciels type MC3D. Il nous apparait donc nécessaire d’aborder la problématique d’une autre manière, objet de cette proposition de thèse. Pour cela, un lien entre les théories (simplifiées) d’instabilité avec les théories de la turbulence semble prometteur.


Deux axes de travail complémentaires sont proposés :

  • L’analyse et l’amélioration de la modélisation actuelle de MC3D, qui est basée sur une
    description locale mais simplifiée des processus d’instabilités et de fragmentation ;
  • l’étude d’approche plus novatrice basée sur une extension
    des processus généraux de turbulence du jet et de son
    environnement.

 

L’objectif associé au premier axe de travail est de donner une assise théorique aux modèles existants et par la même très probablement de les améliorer. L’obtention d’un modèle à la fois simple mathématiquement (de manière à être intégrable dans un logiciel CFD) et robuste théoriquement sera un résultat important largement valorisable par une ou des publications dans le cadre de la thèse.


Le second axe de travail, à initier a priori à partir de la seconde année, vise à ouvrir la voie vers la mise en oeuvre d’un modèle de turbulence qui prendrait en compte les effets multiphasiques et à procéder à un couplage entre turbulence et fragmentation. En soit, cela peut être considéré comme une consolidation de l’approche précédente.


Pour l’aider dans son analyse, le candidat pourra utiliser les logiciels de simulation disponibles au SAGR, tels que CFX-Fluent ou même le logiciel MC3D lui-même.


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Involved IRSN laboratory

Physics of Severe Accidents Section (BPhAG)

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