Analyse expérimentale et numérique du comportement électromagnétique de pompe à induction linéaire annulaire

Experimental and numerical analysis of behavior of electromagnetic annular linear induction pump

• Auteur / Autrice : Linards Goldsteins
• Direction : Yves Fautrelle, Leonids Buligins, Christine Biscarrat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, procédés, énergétique
• Date : Soutenance le 30/10/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Latvijas universitāte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Alboussière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Fautrelle, Leonids Buligins, Christine Biscarrat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Thess, Inta Volodko

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pompe à sodium

Induction électromagnétique

Sodium

Magnétohydrodynamique

Mots clés libres

MHD

Instabilité

Pompe

Électromagnétique

Sodium

MHD

Instability

Pump

Electromagnetic

Sodium

Résumé

La recherche actuelle dans le domaine des pompes à induction électromagnétique s’oriente sur la question de l'instabilité MagnétoHydroDynamique (MHD) avec un intérêt particulier pour les régimes à haut nombre de Reynolds magnétique de glissement ( ). Notre étude se focalise sur les pompes à induction linéaires annulaires (ALIP) fonctionnant avec du sodium liquide. La thèse s’inscrit dans le contexte du programme français de recherche et développement de réacteur rapide en sodium de la GEN IV. Pour le démonstrateur ASTRID, l'utilisation d’une ALIP à haut débit dans les boucles de refroidissement secondaires est identifiée. Le CEA, a conçu, réalisé et exploitera la boucle PEMDYN, représentative d’instabilités MHD à hauts débits.Dans cette étude, la stabilité d'une ALIP idéale est abordée du point de vue théorique en se focalisant sur l'analyse de la stabilité linéaire. L'analyse a révélé que la forte amplification de la perturbation est attendue lorsque le seuil de stabilité convective est atteint. La théorie est soutenue par les résultats numériques et des expériences rapportées dans la littérature. Le fonctionnement stable et les moyens de stabilisation jouant avec deux fréquences dans le cas d'une ALIP idéale est discuté et les conditions nécessaires obtenues.Des modèles numériques détaillés de pompe plate à induction linéaire (FLIP) en tenant compte des phénomènes d'une véritable pompe sont développés. Une nouvelle technique de mesures du champ magnétique est introduite et les résultats expérimentaux démontrent un accord qualitatif avec des modèles numériques permettant de capturer tous les phénomènes principaux tels que l'oscillation du champ magnétique et les profils de vitesse perturbée. Ces résultats précisent les phénomènes d'instabilité MHD qui peuvent être rencontrés et peuvent être utilisés en tant que référence dans des études ultérieures.

The research explores the issue of magnetohydrodynamic (MHD) instability in electromagnetic induction pumps with focus on the regimes of high slip Reynolds magnetic number ( ) in Annular Linear Induction Pumps (ALIP) operating with liquid sodium. The context of the thesis is French GEN IV Sodium Fast Reactor research and development program for ASTRID in a framework of which the use of high discharge ALIP in the secondary cooling loops is being studied. CEA has designed, realized and will exploit PEMDYN facility, able to represent MHD instability in high discharge ALIP.In the thesis stability of an ideal ALIP is elaborated theoretically using linear stability analysis. Analysis revealed that strong amplification of perturbation is expected after convective stability threshold is reached. Theory is supported with numerical results and experiments reported in literature. Stable operation and stabilization technique operating with two frequencies in case of an ideal ALIP is discussed and necessary conditions derived.Detailed numerical models of flat linear induction pump (FLIP) taking into account effects of a real pump are developed. New technique of magnetic field measurements has been introduced and experimental results demonstrate a qualitative agreement with numerical models capturing all principal phenomena such as oscillation of magnetic field and perturbed velocity profiles. These results give significantly more profound insight in the phenomenon of MHD instability and can be used as a reference in further studies.