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Evaluation des échanges radiatifs dans un

assemblage d’un réacteur nucléaire lors de la phase de

renoyage d'un APRP

Jonathan GERARDIN

Début de thèse : 01/10/2009

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Sommaire

I) Présentation globale du contexte

II) Propriétés radiatives du milieu

III) Méthode de calcul 2D

IV) Conclusion

V) Perspectives

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3Objectif : simuler ces configurations ballonnées avec le code CFD Neptune.

Aucun modèle de rayonnement disponible dans ce code. 3

I) Présentation globale du contexte (1/4)

3

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I) Présentation globale du contexte (2/4)

Pourquoi prendre en compte le rayonnement ?

Gaines à très hautes températures.

Vapeur d’eau à très haute température.

Présence de gouttelettes qui augmentent les phénomènes d’absorption et de diffusion :

puits de chaleur qui entraînent :

la désurchauffe de la vapeur ou des gaines

la disparition des gouttes

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Grandeurs étudiées caractéristiques d’un APRP

Gouttes

50m <dg< 1000 m

Tg=300-373K

10-4m3eau/m3 < Fv < 10-2m3

eau/m3

Vapeur

100°C <Tv< 800°C

1bar < P < 2 bar

I) Présentation globale du contexte (3/4)

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Dimensions du problème :

6

I) Présentation globale du contexte (4/4)

Dimension 1

BWR

Dimension 2

PWR

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II) Propriétés radiatives du milieu (1/3)

Milieu composé de vapeur et de gouttelettes : milieu semi-transparent : absorbant, diffusant anisotrope, émissif, non gris.Propriétés radiatives données par additivité simple (diffusion indépendante)Calcul des propriétés des gouttelettes par théorie de Mie (indices obtenus par Hale et Query)Calcul des propriétés de la vapeur par le modèle C-k (coefficients de Taine et Soufiani)Création d’une base de données pour interpoler rapidement les propriétés radiatives.

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Ordres de grandeurs :

II) Propriétés radiatives du milieu (2/3)

Les coefficients sont en m-1

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II) Propriétés radiatives du milieu (3/3)

Etendue des propriétés radiatives:

Milieu pouvant être fortement absorbant/diffusant ou faiblement absorbant/diffusant

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Approximation P1 : mauvaise précision en optiquement fin et près des paroi

P1 modifiée par l’IDA : décomposition de la luminance en 2 contributions

III) Modèle 2D (1/8)

Luminance issue des parois

Luminance issue du milieu (calculée grâce à la méthode P1)

).()(4

)()1(),( *1

*** rqArGrLrS b

'),'()(),(0

)'(*sdesrSer

JrL

ssss

11

4 0* )1)(,()()( desrSer

JrG ss

4 0* )1)(,()()( desrSer

Jrq ss

dGLnddLLnqdiv 44)( 02

04

02

0

w

*

L solution petit

S solution grand

s

s

III) Modèle 2D (2/8)

Luminance intégrée :

Flux radiatif :

Divergence de flux :

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III) Modèle 2D (3/8)

Validation par rapport à la méthode de Monte Carlo :

Cas optiquement fin

0,5% d’erreur, erreur max 3%

Cas optiquement intermédiaire

erreur max 5%

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III) Modèle 2D (4/8)

Ordres de grandeurs du rayonnement dans un APRP :

Flux de 80 kW/m2

Paroi à 1173K et un milieu optiquement épais à 374K

Divergence de flux de -4.107 W/m3

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III) Modèle 2D (5/8)

Différentes méthodes de calculs utilisées :

1)Calcul spectral fin sur 38 bandes ou 353 bandes.

2) Calcul sur plusieurs bandes larges : on effectue une moyenne de Planck des propriétés radiatives sur des bandes larges.

3) Calcul gris : on effectue une moyenne de Planck des propriétés radiatives sur tout le spectre.

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III) Modèle 2D (6/8)

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Absorption Diffusion

Cas optiquement épais

s=11

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III) Modèle 2D (7/8)

Calcul gris 5s Calcul 6 bandes larges 30s Calcul 38 bandes 2057s

Flux de chaleur pour les différentes méthodes de calcul

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III) Modèle 2D (8/8)

Erreurs de 15-20% Erreurs de 1 à 1.5%

En terme de divergence de flux, les écarts montent à 30% pour le calcul gris et 5-10% pour le calcul 6 bandes larges.

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IV) Conclusion

• La méthode P1+IDA présente une bonne précision par rapport au calcul de Monte Carlo

• La méthode de calcul à 6 bandes larges donne une précision acceptable pour un temps de calcul réduit.

• Le calcul gris est trop imprécis pour être implémenté.

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V) Perspectives

• Extension du code en 3D (utilisation du module rayonnement du code Saturne)

• Essais expérimentaux visant à valider le flux calculé par la méthode P1+IDA, une validation des propriétés radiatives étant également possible