Simulation numérique d'ondes de choc dans un milieu bifluide : application à l'explosion vapeur

Numerical simulation of shock waves in a bi-fluid flow : application to steam explosion

• Auteur / Autrice : Théo Corot
• Direction : Bertrand Mercier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil. Mécanique
• Date : Soutenance le 11/09/2017
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire modélisation mathématique et numérique (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Després
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Dubois, Alain Forestier, Gloria Faccanoni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre-Henri Maire, Raphaël Loubère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Modèles mathématiques

Gaz, Dynamique des

Euler, Équations d' -- Solutions numériques

Ondes de choc

Simulation par ordinateur

Pression de vapeur

Mots clés libres

Hydrodynamique Lagrangienne

Schémas de type Godunov

Dynamique de gaz compressibles

Écoulements multi-Fluides

Explosion vapeur

Changement de phase liquide-Vapeur

Lagrangian hydrodynamics

Godunov type schemes

Compressible gas dynamics

Multi-Fluid flows

Steam explosion

Liquid-Vapor phase change

Résumé

Cette thèse s'intéresse à la simulation numérique de l'explosion vapeur. Ce phénomène correspond à une vaporisation instantanée d'un volume d'eau liquide entraînant un choc de pression. Nous nous y intéressons dans le cadre de la sûreté nucléaire. En effet, lors d'un accident entraînant la fusion du cœur du réacteur, du métal fondu pourrait interagir avec de l'eau liquide et entraîner un tel choc. On voudrait alors connaître l'ampleur de ce phénomène et les risques d'endommagements de la centrale qu'il implique. Pour y parvenir, nous utilisons pour modèle les équations d'Euler dans un cadre Lagrangien. Cette description a l'avantage de suivre les fluides au cours du temps et donc de parfaitement conserver les interfaces entre l'eau liquide et sa vapeur. Pour résoudre numériquement les équations obtenues, nous développons un nouveau schéma de type Godunov utilisant des flux nodaux. Le solveur nodal développé durant cette thèse ne dépend que de la répartition angulaire des variables physiques autour du nœud. De plus, nous nous intéressons aux changements de phase liquide-vapeur. Nous proposons une méthode pour les prendre en compte et mettons en avant les avantages qu'il y a à l'implémentation de ce phénomène dans un algorithme Lagrangien.

This thesis studies numerical simulation of steam explosion. This phenomenon correspond to a fast vaporization of a liquid leading to a pressure shock. It is of interest in the nuclear safety field. During a core-meltdown crisis, molten fuel rods interacting with water could lead to steam explosion. Consequently we want to evaluate the risks created by this phenomenon.In order to do it, we use Euler equations written in a Lagrangian form. This description has the advantage of following the fluid motion and consequently preserves interfaces between the liquid and its vapor. To solve these equations, we develop a new Godunov type scheme using nodal fluxes. The nodal solver developed here only depends on the angular repartition of the physical variables around the node.Moreover, we study liquid-vapor phase changes. We describe a method to take it into account and highlight the advantages of using this method into a Lagrangian framework.