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Etude de la coalescence dans les rampes de spray : application au système d’aspersion des Réacteurs à Eau Pressurisée


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Christophe RABE, thèse de doctorat de l'université Pierre et Marie Curie, spécialité sciences mécaniques, acoustique et électronique de Paris, 229 p., soutenue le 20 janvier 2009

Résumé

Lors d'un hypothétique accident grave dans un Réacteur à Eau Pressurisée (REP), l'aspersion est un dispositif utilisé pour la sauvegarde du confinement du réacteur. Son efficacité dépend en particulier des caractéristiques des gouttes (tailles et vitesses), qui peuvent évoluer au cours de leur chute, notamment par coalescence. L'évolution de l'histogramme dépend donc du résultat des collisions entre paires de gouttes, point central de cette étude. La démarche envisagée a nécessité la  construction d’un banc expérimental qui a permis d'identifier avec précision les différents régimes de collision : la coalescence, la séparation par étirement ou par réflexion et le rebond. Les conditions physiques d'apparition de ces régimes ont été cartographiées à l’aide des trois paramètres principaux utilisés dans la littérature : le nombre de Weber, le paramètre d’impact et le rapport des diamètres. Ces résultats expérimentaux ont pu être unifiés grâce à la création d’un nouveau nombre de Weber dit « symétrique », rapport de l'énergie cinétique totale des deux gouttes dans le repère du centre de masse à leur énergie surfacique totale. Sur la base de ce nombre de Weber, trois nouveaux modèles ont alors été construits pour décrire les transitions entre les principaux régimes de collision pour des gouttes de différentes tailles. Ces modèles sont en bon accord avec nos résultats expérimentaux. La suite de notre étude s’est focalisée sur l’influence des conditions gazeuses ambiantes sur la collision.
Deux campagnes expérimentales (sous différentes pressions et avec diverses concentrations d’hélium) ont mis en évidence le régime de rebond. Le rôle des caractéristiques de la phase gazeuse (masse volumique et viscosité) a été identifié et une corrélation empirique représentative de l’évolution de ce régime en fonction des paramètres du gaz a été déduite. L’ensemble des résultats a enfin été utilisé dans une analyse prospective de l’interaction entre deux sprays.