Effet de la coalescence des gouttes sur la prédiction du flux thermique en Dispersed Flow Film Boiling

Après un accident hypothétique de perte de réfrigérant dans le circuit primaire (LOCA) d’un réacteur nucléaire, les systèmes de sûreté injectent de l’eau afin de renoyer le cœur du réacteur et limiter les conséquences de l’accident. En effet, même après l’arrêt du réacteur, les éléments fissiles du cœur continuent de dégager de la chaleur résiduelle, ce qui entraîne une hausse rapide de la température des crayons combustibles. Dans ces conditions, lors de la phase de rénoyage, l’eau entre alors en contact avec des crayons fortement chauffés, ce qui génère un flux de vapeur capable d’arracher des gouttes au niveau d’eau. Par conséquent, un écoulement diphasique composé de vapeur et de gouttes dispersées se forme en aval de ce niveau. D’autre part, selon la sévérité de l’accident, les crayons combustibles peuvent également se déformer par ballonnement, ce qui réduit partiellement la section hydraulique du cœur. Cette déformation, combinée à l’écoulement diphasique précédemment décrit, modifie significativement les conditions de refroidissement. Pour analyser de manière détaillée le refroidissement induit par cet écoulement en régime de Dispersed Flow Film Boiling (DFFB) ainsi que l’impact du blocage partiel de la section fluide, le banc expérimental COLIBRI a donc été développé. Ce dispositif permet non seulement de caractériser le refroidissement d’un tube vertical déformé soumis à un écoulement interne diphasique, mais également de mesurer le flux de vapeur et de gouttes à l’aide de techniques laser. Ces mesures expérimentales ont permis d’évaluer différents modèles et corrélations utilisés pour le calcul en DFFB à l’aide du code numérique mécaniste 1D NECTAR. Les comparaisons montrent que, pour les meilleures combinaisons de modèles ( celles donnant les plus faibles écarts globaux entre expériences et calculs) l’erreur entre les flux de chaleur mesurés et simulés augmente lorsque le blocage de la section hydraulique est plus important. De manière générale, même avec la meilleure combinaison, le flux calculé tend à surestimer le flux expérimental, probablement parce que le code prend en compte la fragmentation des gouttes mais pas leur éventuelle coalescence. Pour cette raison, le modèle de Smoluchowski, complété par une approximation simple de la turbulence, a été intégré dans l’étude afin d’évaluer l’impact potentiel de la coalescence des gouttes sur les calculs thermiques de NECTAR dans la section partiellement bloquée de COLIBRI.

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