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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Coupled Neutronics, Thermo-hydraulics and Thermomechanics modeling for accident analysis of nuclear systems


Host laboratory: ​Neutron​​ics Laboratory (LN)

Beginning of the thesis: October 2017

Student name: Juan Antonio BLANCO



Subject description (in French)

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de travaux portant sur la mise au point de modèles multiéchelle et multi-physiques pour la simulation des accidents de criticité, menés conjointement par le groupe de Physique des Réacteurs du CNRS / IN2P3 / LPSC et par le Laboratoire de Neutronique de l’IRSN (PSN-EXP / SNC). L’approche multi-physique et multi-échelle a comme fin de produire un modèle numérique prenant en compte tous les phénomènes physiques importants dans les systèmes nucléaires ainsi que leur couplage. Cette approche permet d’améliorer les capacités prédictives des modèles et d’étudier de manière numérique le comportement des composants d’un système nucléaire dans des conditions difficilement réalisables/reproductibles par des expériences (où quand les possibilités d’instrumentation sont réduites). L’approche multi-échelle/multi-physique est donc particulièrement utile pour l’étude des accidents des réacteurs nucléaires ou pour tous les systèmes nucléaires où de très forts couplages existent entre la neutronique, la mécanique et la thermique.


L’objectif de ce travail de thèse est de développer un nouveau schéma numérique de couplage entre SERPENT (code Monte Carlo) et OpenFOAM (code CFD) qui permettra une plus grande flexibilité dans les études en termes de type de transitoires, de systèmes et de phénomènes.


Le travail durant la thèse est articulé autour de trois étapes :

 

  • Dans un premier temps il s’agira de définir un schéma numérique pour le couplage neutronique et thermo-hydraulique, basé sur les codes SERPENT et OpenFOAM. Ce nouveau schéma de couplage devra être suffisamment efficace et robuste pour être adapté à différents types de transitoires. Par exemple, dans l’étude d’un système dont le flux neutronique suit des variations extrêmement rapides (la forme du flux de neutrons prompts ne peut pas être considérée comme étant à l’équilibre), le couplage devra être du type direct. Par contre, dans le cas d’un transitoire plus lent (le flux neutronique peut être considéré comme étant à l’équilibre), la forme du flux sera réévaluée uniquement un nombre limité de fois (approche type quasi-statique) ou le cas échéant une seule fois (approche équivalente à la cinétique ponctuelle). Cette souplesse numérique devrait permettre à l’utilisateur d’adapter le couplage de ces deux codes selon le type d’accident et de système étudié.
  • Dans un deuxième temps, l’effort de la thèse sera porté sur le développement des modèles nécessaires à la prise en compte des phénomènes mécaniques qui pourraient se produire.
  • Dans la dernière étape, l’efficacité du outil multi-physique basé sur un couplage SERPENTOpenFOAM et comportant alors un couplage triple (neutronique-thermohydrauliquethermomécanique) sera évaluée à l’aide des données expérimentales et numériques disponibles provenant de divers types de systèmes (milieux liquide, solide, hétérogène).

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Involved IRSN laboratory

​​​​​Neutronics Laboratory (LN)​​

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