Simulation d'écoulements diphasiques eau-vapeur en présence d'incondensables

Simulation of water-vapor two-phase flows with non-condensable gas

• Auteur / Autrice : Lucie Quibel
• Direction : Philippe Helluy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 18/09/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche mathématique avancée (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Yannick Hoarau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Helluy, Yannick Hoarau, Héloïse Beaugendre, Christophe Chalons, Gloria Faccanoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Héloïse Beaugendre, Christophe Chalons

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Transition de phase

Thermodynamique hors équilibre

Simulation, Méthodes de

Écoulement polyphasique

Réacteurs à eau sous pression

Mots clés libres

Ecoulements diphasiques

Thermodynamique

Transition de phase hors équilibre

Two-phase Flow

Thermodynamic

Out-of-equilibrium phase transition

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation et la simulation d’écoulements multiphasiques qui pourraient apparaître lors de scénarios accidentels pouvant hypothétiquement affecter un réacteur à eau pressurisée. Un modèle homogène diphasique a d’abord été fermé à l’aide une loi tabulée construite à partir de la formulation IAPWS-IF97. Puisque la table a été construite de façon à respecter la relation de Gibbs, la vérification du modèle via des études de convergence en maillage a pu être menée à bien. Sur les cas de validation, une bonne prise en compte des effets hors-équilibre, via la définition d’échelle de temps de retour vers l’équilibre thermodynamique, semble déterminante pour obtenir des résultats réalistes. La quantité de gaz incondensables a de plus une grande influence sur les résultats. Une revue biblio- graphique de lois d’état classiques a enfin mis en évidence que les lois d’état semi-analytiques de type Noble-Able Stiffened Gas apparaissent comme un bon compromis en termes de précision et d’efficacité. Une autre partie de ces travaux concerne la proposition d’un nouveau modèle triphasique multi-vitesse, destiné à modéliser les phénomènes de type explosion vapeur. Enfin, un travail transversal à la thèse a porté sur la vérification de conditions limites pour le système d’Euler monophasique.

This PhD work deals with the modelling and the simulation of multphasic flows, which may appear during hypothetical accidental scenarios, which might affect the primary circuit of a pressurized water reactor. A homogeneous two-phase flow model has been closed with a look-up table based on the IAPWS-IF97 formulation. As the look-up table fulfills the Gibbs relation, verification of the model has been achieved thanks to convergence studies. On validation test cases, out-of-equilibrium effects have to be taken into account to get realistic results, through the definition of a time scale for the return towards thermodynamical equilibrium. The proportion of non-condensable gas in the mixture has a strong influence on results. Classical equations of state (EOS) have morevover been studied. Noble-Stiffened gas EOS appears as a good compromise in terms of accuracy and efficiency. Another part of this work consists in the proposition of a new three-phase flow multifluid model with four fields to model the explosion vapor phenomenon. Last, some classical numerical boundary conditions for the monophasic Euler system have been verified.