Le refroidissement du coeur de réacteurs nucléaires met en jeu des écoulements diphasiques dans différents régimes. Par exemple, lors d’un accident de perte de réfrigérant primaire, le coeur du réacteur qui contient les crayons combustibles, s’échauffe jusqu’à la crise d’ébullition lorsque le flux thermique est suffisamment important. Un film de vapeur se forme alors rapidement et isole thermiquement les crayons, tandis que du liquide subsiste dans le coeur de l’écoulement (annular film boiling). Les crayons du coeur sont asséchés, leur surface n’est refroidie que par de la vapeur et l’échange thermique est ainsi dégradé [1]. Au fur et à mesure que le liquide se vaporise, le film de vapeur s’épaissit et la turbulence induite aura tendance de former des vagues a l’interface liquide-vapeur et déstabiliser l’interface jusqu’à la formation de poches de liquides (slug film boiling), puis de gouttes (dispersed film boiling).

Dans les codes de calcul comme le code de thermohydraulique CATHARE, développé au CEA pour les études de sureté des réacteurs nucléaires, il devient important de connaître ces transitions de régime d’écoulement pour renforcer les modèles utilisés, les seuils de transition étant aujourd’hui mal identifiés. Ce stage s’inscrit donc dans un projet de caractérisation précise des transitions de régime d’écoulements. Durant ce stage, on cherche à mettre en évidence la contribution de l’hydrodynamique pure (déformation de l’interface, rupture en gouttes, etc) sur ces transitions, en étudiant la configuration suivante : un écoulement liquide au coeur d’un écoulement gazeux.

L’objectif est de proposer une première caractérisation des transitions de régimes, à partir de données expérimentales qui seront produites durant ce stage. Ainsi, dans un premier temps, l’étudiant(e) contribuera en partie à l’élaboration du banc d’essai, puis produira une première campagne expérimentale en faisant varier les débits de gaz et de liquide, et l’épaisseur du film gazeux. A partir des premiers résultats de visualisation de l’interface gaz/liquide, on cherchera à identifier les nombres adimensionnels pertinents pour décrire les phénomènes physiques observés, et établir dans un second temps les seuils de transition de régimes d’écoulement.

Référence :

[1] T. G. Theofanous, The boiling crisis in nuclear reactor safety and performance, Int. J. Multiphase Flow 6 (1980) 69 - 95.