Jonathan GERARDIN Début de thèse : 01/10/2009 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

Sommaire Présentation globale du contexte Propriétés radiatives du milieu Méthode de calcul 2D Conclusion Perspectives 2

I) Présentation globale du contexte (1/4) Objectif : simuler ces configurations ballonnées avec le code CFD Neptune. Aucun modèle de rayonnement disponible dans ce code. 3 3

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

I) Présentation globale du contexte (3/4) Grandeurs étudiées caractéristiques d’un APRP Gouttes 50m <dg< 1000 m Tg=300-373K 10-4m3eau/m3 < Fv < 10-2m3eau/m3 Vapeur 100°C <Tv< 800°C 1bar < P < 2 bar 5 5

I) Présentation globale du contexte (4/4) Dimensions du problème : Dimension 1 BWR Dimension 2 PWR 6

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.

II) Propriétés radiatives du milieu (2/3) Ordres de grandeurs : Les coefficients sont en m-1

II) Propriétés radiatives du milieu (3/3) Etendue des propriétés radiatives: Milieu pouvant être fortement absorbant/diffusant ou faiblement absorbant/diffusant

III) Modèle 2D (1/8) Approximation P1 : mauvaise précision en optiquement fin et près des paroi P1 modifiée par l’IDA : décomposition de la luminance en 2 contributions Luminance issue des parois Luminance issue du milieu (calculée grâce à la méthode P1)

III) Modèle 2D (2/8) Luminance intégrée : Flux radiatif : Divergence de flux :

Cas optiquement intermédiaire III) Modèle 2D (3/8) Validation par rapport à la méthode de Monte Carlo : Cas optiquement intermédiaire erreur max 5% Cas optiquement fin 0,5% d’erreur, erreur max 3%

III) Modèle 2D (4/8) Ordres de grandeurs du rayonnement dans un APRP : Paroi à 1173K et un milieu optiquement épais à 374K Flux de 80 kW/m2 Divergence de flux de -4.107 W/m3

III) Modèle 2D (5/8) Différentes méthodes de calculs utilisées : 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.

III) Modèle 2D (6/8) Cas optiquement épais ts=11 Absorption Diffusion 15

Flux de chaleur pour les différentes méthodes de calcul III) Modèle 2D (7/8) Flux de chaleur pour les différentes méthodes de calcul Calcul gris 5s Calcul 6 bandes larges 30s Calcul 38 bandes 2057s

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.

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.

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