Description 

TrioCFDest un outil de CFD (Computational Fluid Dynamics) générique, développé à la DEN depuis 1995 à 2015 sous le nom Trio_U. Avec le passage en open source en 2015, Trio_U a été séparé en 2015 entre la plateforme informatique/numérique TRUST et l'application à la simulation des écoulements à l'échelle locale, cette dernière ayant pris le nom TrioCFD. Le code est dédié à la simulation des écoulements instationnaires, incompressibles ou faiblement compressibles (bas-Mach) pour les applications nucléaires (thermohydraulique des réacteurs) mais pas uniquement (écoulements turbulents monophasiques sur des géométries complexes). Un module de suivi explicite d'interfaces (Front Tracking, FT) permet aussi la simulation d'écoulements diphasiques à l'échelle locale. L'architecture très modulaire du logiciel, basée sur une conception orientée objet, a été exploitée pour développer de nouvelles applications dans la plateforme TRUST, telles PAREX+, GENEPI+ ou FLICA5.

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TrioCFD est basé sur l'architecture modulaire de TRUST, permettant une parallélisation importante nécessaire au calcul haute performance (voir ici les détails du parallélisme). Deux discrétisations spatiales sont disponibles : (i) la méthode classique des Volumes Différences Finies (VDF) pour les maillages structurés hexaédriques (basée sur les variables décalées du schéma MAC), et (ii) une méthode originale de Volumes Eléments Finis (VEF) s'appuyant sur un maillage tétraédrique. Davantage de détails sur ces méthodes de discrétisation sont donnés sur cette page. La flexibilité du code permet de choisir la discrétisation la mieux appropriée pour la combiner avec les modèles physiques désirés, y compris pour la modélisation de la turbulence par les approches statistique RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) ou filtrée LES (Large Eddy Simulation). Différents schémas de convection ou de diffusion peuvent être associés à une large gamme de conditions aux limites disponibles ; leur utilisation avec un avancement temporel implicite ou explicite, d'ordre 1 à 3, permet de traiter un grand nombre de problèmes tout en évaluant l'influence des paramètres numériques, dans une démarche VVUQ essentielle à l'industrie nucléaire. Le code est employé sur des machines individuelles (PC), sur des clusters locaux ainsi qu'à plus grande échelle sur les moyens nationaux HPC. Jusqu'à 10000 cœurs de processeurs ont été utilisés à ce jour en production.

L'utilisation de TrioCFD est basée sur des modèles physiques et numériques très généraux et variés permettant des applications dans tous les domaines de sûreté des réacteurs nucléaire. Une vaste base de validation (450 fiches de non-régression et 150 fiches de validation) couvre toute la physique des écoulements attendue sous des conditions nominales et accidentelles dans les réacteurs nucléaires à neutrons thermique à eau pressurisé (REP) et à neutrons rapides à sodium (RNR-Na). La base de validation expérimentale est constituée des expériences du CEA et a été élargie considérablement par la participation régulière à des benchmarks internationaux organisés par l'OCDE et l'AIEA.

Les analyses de sûreté réalisées avec TrioCFD concernent entre autres les accidents de criticité (dilution inhérent de bore et rupture de tuyauterie vapeur), des brèches dans le circuit primaire (brèche induite dans le générateur vapeur et choc froid pressurisé monophasique) ainsi que le risque hydrogène, c'est-à-dire la formation et destruction des couches d'hydrogène dans l'enceinte de confinement. En plus, les phénomènes très instationnaires ont été analysés comme la fatigue thermique initiée par une forte différence de température entre des jets et les structures solides ou l'estimation des forces de pression sous les écoulements transverses sur les crayons combustibles et les tubes de générateur vapeur qui peut initier des ruptures vibratoires. Finalement, TrioCFD a contribué significativement à mieux comprendre l'écoulement turbulent dans les assemblages de combustibles avec grilles de mélange et grilles décalées, initiant un écoulement transverse.

Concernant les écoulements diphasiques, des applications à l'échelle du cœur du réacteur ont permis d'étudier les conditions associées à l'entrainement de gaz. Plus fondamentalement, TrioCFD est aussi utilisé pour étudier les phénomènes physiques régissant l'ébullition (croissance, détachement puis condensation de bulles) ou les écoulements diphasiques en régime à bulles, dans le but d'améliorer la modélisation utilisée à l'échelle CFD (modèles RANS à deux fluides).

​Les approches numériques et leurs domaines d’application

​Les partenaires

Le projet TrioCFD est financé principalement par les Directions d'Objectifs de la Direction de l'Energie Nucléaire du CEA.

La structure logicielle de TrioCFD lui permet d'être interfacé avec d'autres logiciels de simulation soutenus ou développés par le CEA. Par exemple, la plateforme SALOME peut être utilisée pour différentes étapes de la chaîne de calcul TrioCFD : création de CAO, génération du maillage, édition du jeu de données, visualisation des solutions, etc.

Dans le logiciel de maillage IcemCFD, il existe un module d'export de maillage dans un format lisible par un jeu de données TrioCFD. De même, TrioCFD embarque divers plugins permettant de faire de la visualisation avec le logiciel VisIt.