Simulation de l'établissement de l'ébullition nucléée par l'approche CFD

Abstract

L’objectif de ce travail de thèse est la modélisation par une approche numérique en utilisant un code CFD, pour Computational Fluid Dynamics en Anglais, pour la prédiction de la fraction de la vapeur d’un écoulement en ébullition sous saturée à travers les assemblages combustibles d’un réacteur nucléaire. Contrairement au code commercial ANSYS-CFX ou la formulation industrielle d’IAPWS 1997 est implémentée, le code ANSYS-Fluent offre seulement la possibilité d’utilisation d’équations d’états, comme la loi des gaz parfaits, l’équation Redlich-Kwong et les interpolations polynomiales. A cet effet, nous avons développé deux UDF, pour User Defined Function en Anglais, pour la prédiction de dix (10) propriétés thermodynamiques et de transport, la densité, la chaleur spécifique, la viscosité dynamique, la conductivité thermique et la vitesse du son de l'eau légère et la vapeur saturée, dans des conditions de température et de pression variables. La première en utilisant les réseaux de neurones, la deuxième en implémentant la formulation industrielle d’IAPWS 1997. Une fois, l’UDF est attachée au code, via l'interface graphique (GUI pour Graphical User Interface en Anglais), les données sont passées au code et sont disponibles à l’utilisation chaque fois que la fonction est appelée. Ainsi, le solveur ANSYS-Fluent devient compétitif avec d'autres codes CFD dont ANSYS-CFX dans ce domaine. En effet, le couplage du modèle RPI, pour Rensselaer Polytechnical Institute en Anglais, modèle à répartition du flux pariétal et l'UDF développée s'est révélé être utile pour la prédiction de la fraction volumique de la vapeur dans un écoulement en ébullition sous-saturée. De manière globale, la confrontation des résultats numériques, à savoir les distributions de fraction de volume de la vapeur et le profil de température, montre une bonne concordance avec les expériences.