Vers un modèle prédictif pour reproduire les transitions de régime dans les écoulements gaz-liquide dans le code Neptune CFD : d'un régime dispersé à un régime séparé

Towards a predictive model to reproduce flow regime transitions in gas-liquid flows with Neptune CFD : from a dispersed to a separated regime

• Auteur / Autrice : Emmanuel Vianney Kuidjo Kuidjo
• Direction : Pierre Sagaut, Rémi Abgrall, Maria-Giovanna Rodio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 06/11/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire de Modélisation et de Simulation des Fluides, CEA Paris-Saclay
• Jury : Président / Présidente : Marc Massot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria-Giovanna Rodio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Goncalves, Maria Vittoria Salvetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Réacteurs nucléaires

Dynamique des fluides

Fluides

Mots clés libres

Écoulements gaz-Liquide

Régimes d’écoulement

Modèle bifluide multichamp

Équation de transport de l’interfaciale à deux groupes

Gas-Liquid flows

Flow regimes

Two-Fluid multi-Field model

Twogroup interfacial area transport equation

Résumé

Dans les réacteurs nucléaires, divers régimes d’écoulement gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d’interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d’interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l’hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bi-fluide à trois champs dans Neptune CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu’à 0.5 et une emphase est mise sur la prédiction de l’aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d’écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés

In nuclear reactors, several regimes of gas-liquid flows may occur with some transitions between them. The main challenges associated with simulating these transitions in 3D CFD codes are associated with deformable interfaces of different sizes, accounting for coalescence and breakup interactions between gas structures and developing flow regime independent closure relations. This work aims at modelling and simulating the hydrodynamics of adiabatic gas-liquid flows thanks to a three-field two-fluid model in Neptune CFD. In a first step, a model with one continuous liquid field and two dispersed gas fields for small and large bubbles is used to simulate cap and churn flows with a void fraction up to 0.5 and a focus is put on the interfacial area prediction. In a second step, the second dispersed field is replaced by a hybrid continuous/dispersed field representing both large bubbles and continuous gas regions. The model is validated on several flow regimes in large diameter pipes and in confined rectangular channels