Etude d'une situation de bouchage de canaux de caloporteurs dans un assemblage de combustible

Cette étude concerne le coeur d'un HTGR (High Temperature Gaz Reactor) et a pour objet de simuler à l'aide de l'outil CFD TrioCFD le comportement thermique des matériaux graphite et combustible des assemblages en cas de bouchage incidentel de quelques canaux d'Hélium dans un assemblage.

Un domaine de calcul de sept assemblages prismatiques du coeur est considéré (voir figure de gauche) et une situation de bouchage de 23% des canaux d'Hélium est simulé dans l'assemblage central (voir figure de droite).

Ce problème a été traité avec le code TrioCFD en utilisant une modélisation 3D de la conduction thermique dans le graphite et le combustible, couplée à une modélisation 1D (conservation de la masse et de l'énergie) de l'écoulement de l'Hélium dans les canaux caloporteurs.

Le couplage fluide/solide a été réalisé en utilisant la corrélation de Colburn pour la détermination du coefficient d'échange convectif. Cette étude a été réalisée avec une discrétisation VEF (Volumes Eléments Finis) sur un maillage tétraédrique d'environ 2 millions de mailles (voir figure ci-dessous) afin de pouvoir prendre en compte correctement la géométrie des parois inclinées et donc les échanges radiatifs entre assemblages.

Résultat de l'étude

L'utilisation de TrioCFD a permis d'étudier le comportement thermohydraulique du gaz, du combustible et du graphite à l'échelle de quelques assemblages, lors d'une situation incidentelle, et de fournir des résultats en soutien aux études de conception du coeur. En particulier, il a été mis en évidence l'importance jouée par l'écoulement d'Helium dans les jeux inter-assemblages dans l'évacuation de chaleur du coeur.

Il ressort également des simulations que l'augmentation de température par rapport à la situation de fonctionnement normal est localisée à l'assemblage concerné par le bouchage et se propage faiblement aux assemblages voisins (voir figure de droite).

Cette étude permet de souligner qu'il est important de mettre en place une surveillance fine assemblage par assemblage afin de pouvoir détecter ce type d'incident. En réponse à une telle situation, il est nécessaire de disposer d'un système actif de contrôle de la puissance thermique dans le cas où les contre-réactions neutroniques ne suffiraient pas pour contrer l'augmentation de température dans l'assemblage bouché.

Zoom de l'écoulement autour de deux aubes d'un étage de turbomachine