Simulation d'expériences de mélange pour l'analyse de sûreté nucléaire.
Dans la sûreté nucléaire, la simulation numérique est utilisée pour prédire les conditions dans les réacteurs nucléaires qui ne sont pas accessibles de manière expérimentale. Le CEA-Grenoble développe un code de mécanique des fluides appelé TrioCFD qui est spécialement conçu pour analyser en grande résolution spatiale et temporelle l’écoulement turbulent instationnaire dans le circuit primaire des réacteurs nucléaires. TrioCFD est basé sur une structure de code orienté objet qui est particulièrement conçue pour une utilisation sur des plateformes de calcul parallèles et de haute performance.
Pour rendre l'analyse de sûreté la plus pertinente possible, l'utilisation de codes de calculs capables de prédire au mieux les phénomènes physiques dominants/représentatifs des transitoires étudiés, est souvent nécessaire. Cette capacité prédictive passe par une phase de qualification.
Avant d’utiliser un code pour l'analyse de sûreté nucléaire, une procédure de qualification est menée. Dans cette procédure, le code est appliqué dans une première phase de vérification sur des données expérimentales correspondant à un écoulement proche d’une situation à laquelle on s’attend pour un calcul d’installation. Dans une seconde phase, le code est appliqué à une situation réacteur en utilisant les mêmes options et hypothèses de simulation que dans la phase de vérification.
Due à une collaboration du CEA et de l’IRSN, TrioCFD a été qualifié pour les phénomènes de mélange dans le circuit primaire. Entre autres, le test UPTF a été utilisé pour cette qualification. Les expériences ont été menées par SIEMENS/KWU pour conduire des études à effets séparés à échelle un sur des phénomènes thermohydrauliques multi-dimensionnels dans le circuit primaire.
La série TRAM-C3 analyse le mélange monophasique d’eau chaude et d’eau froide dans la cuve du réacteur en situation accidentelle. Le test 10b de cette série, qui est présentée ici, est dédié à la formation d’une stratification thermique dans la cuve lorsque la convection naturelle démarre après le renoyage réussi du circuit primaire. Les conditions aux limites d’entrée (voir Fig) présente la situation suivante :
- Convection naturelle (simulée par l’injection d’eau chaude) rétablie dans trois des quatre boucles primaires) - L’eau froide du système d’injection de secours est injectée dans une branche - Une boucle n’a pas d’injection (branche morte)
Sur la Fig, les phénomènes physiques importants présents dans l’expérience sont indiqués. Trois phénomènes ainsi que les effets synergiques potentiels doivent être correctement simulés pour prédire de manière satisfaisante la stratification dans la cuve.
La simulation a été faite sur un maillage tétrahédrique de 3.600.000 mailles. Le temps physique de la simulation est d’environ 500 secondes avec un pas de temps de 0.001 seconde. Le temps CPU a été d’environ 2 mois sur 32 processeurs d’un ordinateur COMPAQ SC512.
Pour la fin du test, la comparaison de la répartition de température mesurée et calculée dans l’espace annulaire est donnée (voir la figure). La distribution azimuthale de la température à deux hauteurs différentes est présentée. On voit clairement que la stratification thermique mesurée est bien représentée par les résultats de simulation