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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


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Influence de l'aspersion sur le risque hydrogène lors d'un accident de réacteur nucléaire. Etude de l'évolution des caractéristiques d'un ensemble de gouttes d'eau dans un mélange air-vapeur.

P. Lemaitre, G. Grehan, J. Malet, E. Porcheron, P. Cornet, J. Vendel, 18ème congrès français sur les aérosols, 11-12 décembre 2002, Paris.

Summary

Les transferts de masse et de chaleur entre un ensemble de gouttes et l’atmosphère environnante sont un sujet complexe qui intervient dans de multiples domaines tels que la météorologie, la combustion et enfin la sûreté nucléaire. En effet, lors d’une hypothétique brèche dans le circuit primaire d’un réacteur nucléaire, de la vapeur est dégagée dans le bâtiment réacteur ce qui entraîne une augmentation de la pression jusqu'à environ 4 bar et de la température jusqu'à environ 140 degrés Celsius. L’aspersion est un dispositif destiné à faire chuter la pression et la température dans ce bâtiment de sorte à préserver le confinement. Par ailleurs, lors de ce scénario d’accident, de l’hydrogène peut être dégagé. Il devient alors indispensable de connaître sa répartition dans l’enceinte. Or, les écoulements dans l’enceinte dépendant fortement de la condensation sur les gouttes, il est important de modéliser finement les transferts de masse et de chaleur entre les gouttes d’aspersion et l’atmosphère. Une revue bibliographique sur les transferts de masse et de chaleur sur spray montre une réelle carence de données expérimentales permettant de valider les modèles dans des conditions thermohydrauliques proches du cas réacteur. Afin d’étudier finement la condensation sur des gouttes d’aspersion dans des conditions thermohydrauliques proches du cas réacteur, l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire a conçu une installation expérimentale TOSQAN. Dans un premier temps, nous présenterons le modèle d’Abramzon & Sirignano qui est le modèle physique de condensation retenu pour simuler les transferts de masse et de chaleur entre l’atmosphère environnante et une goutte lors de sa chute. Puis dans un second temps, nous présenterons les simulations réalisées à l’aide de ce modèle. Il en ressort que la température des gouttes est une grandeur importante à mesurer pour bien caractériser la condensation sur un spray. Enfin, nous présenterons une technique innovante, dénommée arc-en-ciel globale développée récemment par van Beeck (2000). Cette technique laser est basée sur l’interférence entre les rayons subissant une réflexion à l’intérieur d’une goutte. Elle permet de mesurer l’indice de réfraction moyen des gouttes présentes dans un volume de mesure d’environ un centimètre cube et ainsi de connaître la température moyenne des gouttes présentes dans ce volume. Dans cette dernière partie nous présenterons les résultats de calculs optiques que nous avons effectués afin de connaître la précision que nous pouvons attendre d’une telle technique, ainsi que l’impact de différents paramètres comme la sphéricité des gouttes et l’effet d’une dépendance taille-température sur la qualité de la mesure. A l’avenir, nous projetons d’adapter cette technique pour réaliser des essais dans TOSQAN dans différentes conditions thermohydrauliques et pour différents sprays. REFERENCES Abramzon B. & Sirignano W.A. (1987). Approximate theory of a single droplet vaporisation in a convective field: effects of variable properties, Stefan flow and transient liquid heating. Proc.2nd ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference, Vol.1 pp11-18 Van Beeck, J.P.A.P., Giannoulis, D., Zimmer, L. & Riethmuller, M.L. (2000). Global rainbow thermometry for average temperature measurement of spray droplets. 10th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon. Ce travail a été mené en colaboration avec le CNRS/CORIA, Rouen.

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