École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

Comprendre le comportement du coeur d’un réacteur nucléaire en scénario accidentel est crucial pour éviter qu’un dysfonctionnement ne se transforme en une tragédie. La complexité et la multiplicité des phénomènes physiques concomitants poussent les chercheurs à devoir sans cesse développer des modèles plus précis et performants afin de préparer les meilleurs stratégies de réponse. La méthode Lattice Boltzmann (LBM) constitue une des avancées prometteuses dans le domaine de la simulation d’écoulement, et l’IRSN souhaite l’intégrer à son arsenal numérique afin de simuler finement le comportement du coeur fondu. Pour ce faire, une première thèse a été réalisée afin de sélectionner les méthodes numériques à employer : un algorithme hybride LBM-MVF prenant en compte les changements de phase liquide-solide à l’échelle locale ainsi qu’une surface libre ([Sar22]). Ce travail consiste en la validation de l’implémentation de l’algorithme réalisée dans la librairie C++ PELICANS. Pour y parvenir, on reproduit des écoulements bien connus puis on compare les données ainsi acquises avec l’expérience ou, le cas échéant, des formules analytiques. Ces cas tests sont de complexité croissante afin de valider progressivement des aspects plus avancés du code : écoulement de Poiseuille plan, cavité entraînée, traînée d’un cylindre 2D, DamBreak et enfin une goutte 2D en suspension. Cette approche a permis de révéler quelques erreurs dans le code dont la plus notable : le terme de force extérieur erroné. Toutes les composantes de l’algorithme ont pu être validées à l’exception d’une : la tension de surface. Cette tension de surface semble déstabiliser la simulation et aboutir à des résultats non physiques. Quelques pistes de recherche de l’origine de cette anomalie sont proposées. Par ailleurs, des ajouts au code ont été proposés dans le cadre de ce travail avec notamment l’implémentation d’une nouvelle condition aux limites, l’ajout de la possibilité d’injecter des conditions aux limites variables, et une optimisations globale de l’algorithme aboutissant à un gain de performance de l’ordre de 80%. On a ainsi identifié des éléments très précis du code à revoir afin d’assurer la validité des simulations. Ce modèle n’étant pas encore complet, il ne peut pas à l’heure actuelle simuler l’écoulement de corium à travers le coeur dégradé. Mais ce travail a permis d’assurer la solidité de ses fondations, permettant de continuer sainement le développement du projet à l’avenir.