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Étude de l'éjection de grains hors d'un cylindre pressurisé

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire incertitude et modélisation des accidents de refroidissement (LIMAR)

Date de début de thèse : octobre 2016

Nom de la doctorante : Zhenhai ZOU


Descriptif du sujet

Lors d'un hypothétique accident d'insertion de réactivité (RIA), le combustible nucléaire d'un réacteur, initialement confiné au sein d'un crayon par un gainage cylindrique métallique, peut entrer en contact avec le fluide caloporteur en cas de rupture de cette gaine. Les conséquences de l'interaction qui en résulte sont étudiées par l'IRSN. La violence de l'interaction dépend notamment fortement de la cinétique de cette mise en contact, c'est-à-dire du débit de l'écoulement des fragments hors du crayon. La compréhension des phénomènes gouvernant cette cinétique reste limitée, l'observation expérimentale directe du phénomène étant inenvisageable dans une expérience intégrale comme celles prévue dans le programme international d'essais au sein du réacteur CABRI. Ce travail de thèse consiste en l'étude de cette dynamique en se plaçant dans une configuration modèle.

La précédente thèse de Yixian ZHOU (2013-2016) a notamment permis d'établir la loi de vidange d'un réservoir avec un orifice placé latéralement, ce qui représente la configuration d'écoulement pertinente pour le combustible hors de la gaine, pour un milieu granulaire, représentant les fragments de combustible. Cependant le mécanisme conduisant à cette loi n'a pas été totalement clarifié. Dans ce but, une première étude est menée pour comprendre le rôle de la zone morte au sein du réservoir sur la valeur du débit. Pour cela, nous étudions l'influence d'un angle d'inclinaison du fond du réservoir sur le débit de vidange des grains. Les champs de vitesse sont mesurés par corrélation d'image. En support à l'interprétation de ces expériences, différentes hypothèses de modélisation de l'écoulement (population discrète de particules, milieu continu avec une rhéologie visco-plastique) sont confrontées aux résultats expérimentaux à l'aide de simulations numériques.

En perspective, nous utiliserons les connaissances acquises pour étendre leur applicabilité à des situations plus similaires à la configuration d'intérêt, dans des conditions non encore explorées. Ainsi, nous considérerons la vidange d'un réservoir initialement pressurisé, puis la sortie au sein d'un liquide. Nous varierons également les caractéristiques du milieu granulaire en considérant un mélange de particules de plusieurs tailles. Ces études expérimentales seront accompagnées d'études théoriques et de simulations numériques.