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 2 PWR Dimension 1 BWR 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 :

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

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

Jonathan GERARDIN Début de thèse : 01/10/2009