Le code MC3D

La recherche

26/01/2010

Logiciel de thermohydraulique multiphasique 3D ayant pour principale application l'interaction combustible-réfrigérant

(ou explosion de vapeur)

MC3D est un logiciel de thermohydraulique multiphasique à vocation généraliste. Il est actuellement utilisé à l’IRSN pour représenter l’explosion de vapeur consécutive à l’interaction du combustible et du réfrigérant d’un réacteur nucléaire (notamment à eau), qui peut se produire au cours d'un hypothétique accident grave de réacteur où le combustible fond. Organisé autour d'une structure modulaire, il a aussi été utilisé pour des applications spécifiques très variées tels que les feux de sodium dans les réacteurs rapides, et les transferts en milieux poreux dans le cas de l’entreposage de longue durée de déchets nucléaires.

La version standard actuelle de MC3D contient deux applications. La première, dite Prémélange, a pour vocation d’étudier la phase de mélange du combustible et du réfrigérant. Cette application est suffisamment généraliste pour traiter d'autres sujets et elle est par exemple utilisée pour évaluer le phénomène d'échauffement direct de l'enceinte. La seconde application, dite Explosion, permet de calculer la phase de propagation de l’explosion.

Le développement du code MC3D se poursuit avec deux objectifs :

disposer d'un outil suffisamment fiable pour évaluer les chargements en pression issus d'une explosion de vapeur,
développer un outil suffisamment généraliste et complet pour traiter des écoulements multiphasiques complexes.

MC3D est actuellement distribué aux instituts suivants : IKE, FZK (Allemagne), KAERI, KINS (Corée du sud), JSI (Slovénie) et AECL (Canada).

L'interaction combustible-réfrigérant

L'interaction combustible-réfrigérant peut se produire au cours d'un hypothétique accident grave lorsque le combustible fondu (corium) entre en contact avec un fluide volatil servant de réfrigérant ou de modérateur. La première phase du phénomène, appelée prémélange, consiste en un mélange grossier des deux fluides, s'accompagnant d'une vaporisation plus ou moins forte et éventuellement d'une oxydation. Dans certaines conditions, le prémélange peut se déstabiliser et conduire à une explosion violente s'apparentant à une détonation. MC3D est un des outils les plus évolués et les plus fiables pour la description de ce phénomène.

Description du logiciel, méthodologie

Le logiciel MC3D utilise une description eulérienne avec une méthode mixte volume finis (bilans de masse et d'énergie) et différences finies (bilan de quantité de mouvement) avec un maillage structuré (cartésien ou cylindrique) 3D. Une structure modulaire permet de définir des applications avec un nombre arbitraire de constituants regroupés en champs de quantité de mouvement et en champs d'énergie.

Une des particularités du logiciel est de disposer, pour l'application Prémélange d'un champ décrivant un fluide non dispersé avec une méthode VOF-PLIC, qui permet de représenter, entre autres, la coulée et le bain de combustible.

Application

MC3D est utilisé pour évaluer les conséquences des explosions de vapeur pour les évaluations probabilistes de sûreté (EPS) de niveau 2 développées par l'IRSN. Il permet également de traiter de l'impact des explosions suite à un transitoire neutronique dans les réacteurs nucléaires expérimentaux.

Le logiciel est également utilisé pour l'évaluation des phénomènes dynamiques et thermiques ayant lieu en cas d’éjection sous pression du combustible fondu hors de la cuve (échauffement direct de l'enceinte) d’un réacteur nucléaire.

Modélisation 3D d'une phase de prémélange. Rupture centrale d'un diamètre = 60 cm. © IRSN

Caractéristiques

Partenaire : le CEA
Thématique associée : accidents graves

Laboratoires IRSN impliqués

Bureau de physique des accidents graves (BPhAG)