Simulation instationnaire de l'écoulement d'une grille d'aubes à incidence élevée

En conclusion d’une revue de différents concepts de réacteurs nucléaires innovants envisageables pour les prochaines décennies, une gamme de systèmes nucléaires à caloporteur gaz fait l’objet d’études et de recherches approfondies dans la communauté scientifique internationale. Parmi ces différents projets, la conversion d'énergie par turbine à gaz est attractive, notamment du point de vue du rendement électrique : la chaleur produite par la fission nucléaire est transmise à un gaz (de l’hélium pressurisé), qui subit une détente, dans une turbine située directement à la sortie du cœur nucléaire (cas du cycle direct) ou derrière un échangeur intermédiaire (cas du cycle indirect). La turbine entraîne un alternateur, qui produit de l’électricité, et un compresseur, qui impose un débit de gaz dans le circuit. Dans le cas du cycle indirect un premier compresseur impose le débit dans le circuit primaire.

La connaissance du comportement thermohydraulique du gaz à l’intérieur du compresseur est d’une grande importance, puisque ce dernier est un composant majeur du système de refroidissement du cœur et/ou de conversion de l’énergie. En particulier l’exploration de la plage de fonctionnement du compresseur vers les bas débits est un fort enjeu pour les études de conception et de sûreté. Les bas débits correspondent aux situations où les aubes du compresseur sont soumises à un écoulement à forte incidence.

Des simulations hydrauliques instationnaires des grilles isolées sont effectuées avec TrioCFD. La simulation des grandes échelles a été utilisée. Les modèles U-RANS ont également été testés. Les simulations ont permis, pour des coûts de calculs raisonnables, de simuler l’écoulement instationnaire dans une grille d’aubes et de comparer les résultats aux mesures issues de la bibliographie (expériences réalisées en air). A terme ce type de calcul pourrait aider à fournir des corrélations pour ce type de régime à forte incidence.