Modélisation et simulation numérique d’un front de fusion/solidification à l’interface d’un bain de corium

Modeling and numerical simulation of a solidification/fusion front at the interface of a liquid corium pool

• Auteur / Autrice : Adrien Drouillet
• Direction : Raphaël Loubère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Calcul Scientifique et Modélisation
• Jury : Président / Présidente : Astrid Decoene
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Loubère, Florian de Vuyst, Florian Fichot, Hélène Mathis, Céline Baranger, Guillaume Bois, Luc Mieussens, Mathieu Peybernes, Romain Le Tellier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Florian de Vuyst, Florian Fichot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corium

Simulation, Méthodes de

Dynamique des fluides

Modélisation CFD

Mots clés libres

Front-Tracking

Corium

Changement de phase

Fusion

Accident grave

Simulation numérique

Solidification

CFD

Front-Tracking

Corium

Phase change

Melting

Severe accident

Numerical simulation

Solidification

CFD

Résumé

Ce manuscrit porte sur la simulation numérique du changement de phase (solidification ou fusion de matériaux) dans le cadre de l'étude des accidents graves de réacteurs nucléaires. Dans ce contexte, le manque de connaissance physique et phénoménologique et la limitation des ressources numériques, font que l'utilisation de modèles hétérogènes couplés s'avère souvent nécessaire. Pour autant, le développement des capacités de calcul permet l'utilisation plus large de modèles complexes de CFD. Dans ce travail, on considère plus spécifiquement la simulation des phénomènes de solidification et de fusion entre un liquide chaud (représentant le corium) qui se solidifie au contact d'un solide plus froid (par exemple la cuve). L'objectif de cette thèse est de proposer des outils numériques de suivi d'interfaces de front de fusion/solidification qui ont été intégrés dans des codes dédiés à la modélisation des accidents graves. Une première approche de couplage de modèles hétérogènes 0D/2D a été proposée avec une méthode numérique adaptée à ses aspects multidimensionnels dans la plateforme PROCOR. Une modélisation 3D de type CFD a été ensuite développée à partir d'une approche monolithique. Le code TrioCFD a été utilisé comme base de développement et ses méthodes numériques adaptées pour le changement de phase liquide/solide. L'ensemble de ces développements a été testé et validé sur des configurations représentatives du contexte accident grave.

This manuscript deals with the numerical simulation of phase change (solidification or fusion of materials) for 'severe accident' in nuclear power plant study. In this context, usually, lack of knowledge of the underlying physics and phenomenology, associated to limited computer resources force the use of coupled heterogeneous models. However, the increase in computer power resources allow nowadays to consider larger and more complex CFD models. In this work, specifically, we consider the simulation of solidification and fusion phenomena between a hot liquid (the so-called corium) which may solidify in contact with a colder solid (for instance, the reactor vessel made of steel). The objective of the PhD is to present new numerical tools to follow fusion/solidification phase fronts. These tools have been integrated in simulation codes dedicated to the modeling of severe accident. A first coupling approach between heterogeneous 0D/2D models, associated with its multi-dimensional numerical method has been developed into the platform PROCOR. Next, a 3D monolithic CFD model has been designed. TrioCFD simulation code has been used as the basis for the development of our numerical methods well suited to handle phase changes between liquid and solid. The proposed developments were tested and validated on simulation configurations representative of the severe accident context.