Le présent stage s’inscrit dans le contexte du développement du code de thermohydraulique CATHARE, permettant de réaliser des simulations d’écoulements monophasiques et diphasiques à l’échelle système et utilisé pour les études de sûreté des réacteurs nucléaires français, en fonctionnement normal et accidentel.

Lors d’un Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), de la vapeur se forme dans le cœur du réacteur et remonte par les branches chaudes. Elle se condense dans les générateurs de vapeur, au contact du circuit secondaire et va alors redescendre. L’eau et la vapeur se retrouvent alors à contre-courant, la vapeur monte et l’eau descend dans les branches. Pour une quantité de vapeur montante, seule une certaine quantité d’eau peut redescendre. On parle de Counter-Current Flow Limitation (CCFL) ou limite d’engorgement, lorsque l’eau ne parvient pas à s’écouler entièrement le long de la branche i.e lorsque le débit d’eau sortant de la branche est différent du débit d’eau entrant.

CATHARE dispose uniquement d’un modèle de CCFL empirique non prédictif dépendant des résultats expérimentaux, comme par exemple ceux de la boucle expérimentale MHYRESA (Manipulation Hydraulique pour les Réacteurs à Eau en Situation Accidentelle) ce qui limite son utilisation dans l’étude de nouvelles configurations.

L’objectif de ce stage est de mettre en place une simulation CFD avec le code RANS Neptune_CFD de la boucle expérimentale COLLIDER [1]. La boucle représente une branche chaude de réacteur à échelle 1/3.9. On souhaite ensuite la comparer avec la boucle MHYRESA [2] du CEA afin d’étudier l’influence des paramètres géométriques sur le CCFL. Une visualisation de l’engorgement se trouve en Figure 2.

Une étude bibliographique sera à réaliser dans un premier temps afin de s’approprier les problématiques liées au CCFL. Le modèle numérique de la boucle COLLIDER sera ensuite à réaliser (CAO et maillage) à l’aide du logiciel SALOME [3] pour construire une modélisation avec Neptune_CFD. La simulation CFD pourra être lancée sur un supercalculateur. Enfin, comparer les résultats obtenus avec la boucle MHYRESA. Une attention particulière sera à apporter aux modèles utilisés.

[1] S. Al Issa et R. Macian-Juan, « Experimental investigation of countercurrent flow limitation (CCFL) in a large-diameter hot-leg geometry: A detailed description of CCFL mechanisms, flow patterns and high-quality HSC imaging of the interfacial structure in a 1/3.9 scale of PWR geometry », Nuclear Engineering and Design, vol. 280, p. 550‑563, déc. 2014.

[2] G. Geffraye, P. Bazin, et P. Pichon, « CCFL in hot legs and steam generators and its prediction with the CATHARE code .» United States: N. p., 1995. https://doi.org/10.2172/107026.

[3] https://www.salome-platform.org/?lang=fr