Étude expérimentale du transfert paroi/fluide dans le cas d’un écoulement vertical vapeur/gouttes dans une géométrie tubulaire

​Juan David Pena Carrillo a soutenu sa thèse le 10 décembre 2018 au Lemta, à Vandoeuvre-lès-Nancy.

​L’un des accidents de dimensionnement d’un réacteur à eau pressurisée est l’Accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). L’évènement initiateur d’un tel accident est une brèche sur le circuit primaire du réacteur entrainant une perte de l’inventaire en eau, une augmentation de la température des crayons combustible du cœur du réacteur, puis un assèchement des assemblages combustibles. Sous l’effet de la pression interne dans les crayons combustibles, les gaines peuvent alors se déformer et des zones bouchées apparaissent dans les assemblages entre les crayons déformés. Ces zones vont avoir un impact sur l’efficacité de refroidissement du cœur par les systèmes de secours lors de la phase dite de « renoyage ».

Figure 1. Banc expérimental COLIBRI. © IRSN

Dans le cadre du programme de recherche ANR PERFROI dédié à l’étude de ces phénomènes et piloté par l’IRSN, un banc expérimental a été développé (i.e. COLIBRI, Figure 1) afin de caractériser la capacité de refroidissement d’un assemblage combustible partiellement bouché par un écoulement diphasique de vapeur et de gouttes. L’étude porte sur un canal fluide formé par quatre crayons combustible déformés, qui est reproduit via l’utilisation d’un tube venturi. Plusieurs configurations géométriques de la zone bouchée, caractéristiques d’un APRP, sont testées (longueur et taux de bouchage). L’analyse thermo-hydraulique de l’écoulement diphasique est réalisée par trois techniques optiques : l’anémométrie phase Doppler (PDA) pour mesurer la distribution en vitesse et diamètre des gouttes, la fluorescence induite par laser (LIF) pour mesurer la température des gouttes, et la thermographie infrarouge (IRT) afin d’estimer le flux de chaleur extrait par l’écoulement diphasique lors du refroidissement. Les résultats expérimentaux seront confrontés à une modélisation mécaniste prenant notamment en compte les échanges paroi/fluide.