Contexte

Dans l'industrie nucléaire, les écoulements diphasiques, notamment ceux impliquant l’apparition de poches de gaz ou de très grandes bulles, jouent un rôle crucial, en particulier lors de scénarios accidentels dans les réacteurs nucléaires. Ces écoulements se caractérisent par la coexistence de régimes à grandes interfaces continues et de régimes statistiquement dispersés. La modélisation précise de ces régimes et des transitions entre eux est un enjeu majeur pour simuler correctement les phénomènes thermohydrauliques complexes qui se produisent dans ces systèmes.

Les bulles de Taylor, de grandes bulles de gaz allongées qui occupent une portion significative de la section d’une conduite, sont particulièrement intéressantes car elles donnent un cadre d’étude académique relativement précis. Elles représentent une configuration idéale pour étudier les interactions entre les régimes à grandes interfaces continues et les écoulements statistiquement dispersés, qui peuvent apparaître par shear-off au niveau de la queue de la bulle (cf figure1). La simulation précise des bulles de Taylor permet donc d'améliorer la compréhension des phénomènes transitoires et intermittents dans ces écoulements complexes. Un stage précédent a mis en lumière certaines difficultés liées à la reproduction des bulles de Taylor avec nos outils, notamment concernant la gestion des grandes interfaces et du passage vers un régime statistiquement dispersé. Un terme source original a été développé pour mieux gérer ce qu’il se passe au niveau de l'interface. Ce développement doit maintenant être intégré et validé au sein de la modélisation hybride continu/dispersé du code NEPTUNE_CFD (cf figure 2).

Objectifs

L’objectif principal de ce stage est d’implémenter et de valider de nouveaux termes sources dans la modélisation hybride continu/dispersé pour simuler des écoulements en transition entre régimes dispersé et grandes interfaces, en se concentrant particulièrement sur les bulles de Taylor. Le travail se déroulera en trois phases principales :

• Intégrer le terme source développé lors du stage précédent, en s'assurant d'une transition fluide entre les régimes statistiquement dispersé et à grandes interfaces continues ainsi que veiller à une formulation cohérente et efficace.

• Valider le modèle implémenté sur des cas académiques de bulles de Taylor en régime laminaire et turbulent, en se comparant à des résultats obtenus expérimentalement ainsi qu’avec des simulations DNS issues du code TrioCFD. Le but est d’analyser la capacité du modèle à reproduire correctement les phénomènes physiques et à gérer les transitions de régimes.

• Tester le modèle sur la maquette expérimentale METERO H qui reproduit des transitions d'écoulements statistiquement dispersés vers des régimes à grandes interfaces (slug, stratifié) dans un canal horizontal et comparer aux observations expérimentales.