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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Multi-scale modeling of the combustion of a cloud of particles

Host laboratory: ​​Explosion and Fire Laboratory (LIE)

Beginning of the thesis: October 2015

Student name: Mohamed Belerrajoul



Subject description (in French)

Les risques d’explosion de poussières sont fréquemment rencontrés dans les installations industrielles. Les secteurs industriels concernés sont nombreux (industrie pharmaceutique, céréalière…) et les composés pulvérulents mis en jeu sont d’une grande diversité (matières organiques…). Dans le secteur nucléaire, un des scénarios étudié traite par exemple du risque d’explosion de poussières de graphite lié aux opérations de démantèlement des réacteurs UNGG (Uranium Natural Graphite Gaz).

D’autres types de poussières sont concernés par le risque d’explosion comme par exemple les poudres de zirconium mises en oeuvre dans la fabrication des gaines de combustible ou des poussières de graphite et de tungstène ou de béryllium remises en suspension dans le tore ITER en cas d’accident de perte de vide.

Le problème considéré dans ce travail de thèse est un problème de combustion d’un mélange gaz-particules (réactions hétérogènes et homogènes couplées) en présence de rayonnement pour lequel il s’agit de développer un modèle de vitesse de flamme. Les développements sont menés dans le cadre d’une description multi-échelle, de l’échelle de particule à l’échelle de description macroscopique des outils d’évaluation réacteur. Le modèle de combustion associé à l’échelle macroscopique correspond, de manière analogue à ce qui est fait pour la combustion turbulente en l’absence de particules, à un modèle basé sur une description géométrique du front de flamme (modèle de type G-équation) pour lequel une fermeture doit être proposée pour la vitesse de flamme. La plupart des corrélations de vitesse de flamme se présentant sous la forme d’un produit de la vitesse de flamme laminaire par un terme correctif pour prendre en compte la turbulence, on développe dans cette thèse un modèle de vitesse de flamme laminaire en fonction des caractéristiques du milieu (taille des particules, chargement,…). Ce modèle est construit sur la base de simulations numériques à une échelle de description intermédiaire, dite mésoscopique, selon une approche Euler-Lagrange.



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