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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Experimental simulation of a thermal interaction within a fluid


Host laboratory: ​​​Loss of Coolant Accident and Uncertainties Modeling Laboratory (LIMAR)

Beginning of the thesis: October 2014

Student name: Adrien Abbate



Subject description

Un accident d’insertion de réactivité (RIA, événement à cinétique rapide causé par exemple par l’éjection d’une grappe de commande) dans un coeur nucléaire pourrait provoquer la rupture d’une gaine et l’éjection d’une fine poudre ardente de combustible dans le fluide caloporteur. La réponse du fluide peut être violente. L’étude de cette interaction (Fuel/Coolant Interaction FCI) est importante pour la sûreté nucléaire. Plusieurs études et expériences ont été menées avec de l’eau ou du sodium. Cependant, les conditions complexes ne permettent pas la mesure de certaines grandeurs locales telle que la dynamique de vaporisation.


En effet, effectuer des expériences de vaporisation violente avec de l’eau requiert beaucoup d’énergie et des équipements résistant aux hautes pressions, notamment pour reproduire les conditions de fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP. C’est pourquoi il est intéressant d’envisager l’utilisation d’un fluide, tel que le dioxyde de carbone, dont les propriétés thermodynamiques (pression critique, enthalpie de vaporisation...) réduisent ces contraintes. Néanmoins, afin de pouvoir comparer et utiliser les observations de l’expérience, il est indispensable d’établir et de vérifier des lois de similitudes entre les deux fluides. L’étude de ces similitudes entre l’eau et le dioxyde de carbone a établi qu’en conservant la pression réduite ainsi que le titre thermodynamique, on obtient des rendements similaires pour la conversion de l’énergie thermique en travail avec des énergies mises en jeu divisées par cinq. Ceci permet d’envisager la conception d’un banc d’essai pour provoquer l’interaction thermique violente au sein d’un fluide.


Afin de reproduire la cinétique de l’interaction, il est nécessaire d’adapter la géométrie

du système. Plusieurs sources de puissance sont envisagées afin de décliner les

conceptions et de choisir la plus pertinente. Le schéma ci-dessous illustre une réalisation probable du système expérimental.


Cette étude expérimentale permettra d’acquérir des mesures locales telles que la

pression maximale et la quantité de vapeur formée. Elles seront utilisées pour valider

les modèles intégrés dans le logiciel de calcul thermohydraulique CIGALON développé

par l’IRSN.


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