Etude dynamique d'un cycle de Rankine Eau-Vapeur de réacteur nucléaire au cours de transitoires normaux et accidentels

Dynamic study of a nuclear reactor water-steam Rankine cycle during normal and accidental transients

• Auteur / Autrice : Vincent Audoly
• Direction : Claire Vaglio-gaudard, Laura Matteo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ENERGIE, RAYONNEMENT ET PLASMA
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA Cadarache - IRESNE

Mots clés

Mots clés libres

Rankine

Réacteur

Modélisation

Thermohydraulique

Rankine

Reactor

Modeling

Thermohydraulics

Résumé

Les cycles thermodynamiques de Rankine sont largement utilisés dans l'industrie dans le but de convertir en électricité l'énergie récupérée sous forme de chaleur. Le fluide est pompé en partie froide en phase liquide, puis acheminé vers un échangeur de chaleur dans lequel il se vaporise, pour ensuite se diriger vers le groupe turbo-alternateur. Il est alors condensé au contact d'une source froide pour un retour en phase liquide. En plus des phénomènes classiquement rencontrés en mécanique des fluides monophasique, la physique des cycles de Rankine met en jeu des phénomènes diphasiques complexes. L'enjeu de cette thèse est de proposer une modélisation validée d'un cycle de Rankine complet s'adaptant au niveau de complexité de la physique en jeu, et donc via une résolution de l'écoulement en régime diphasique et transitoire dans l'ensemble des composants. Pour cela, c'est le code de thermo-hydraulique système CATHARE, reconnu dans le domaine de la sûreté nucléaire, qui sera utilisé. A ce jour, une telle modélisation n'existe pas et des modèles simplifiés viennent prendre le relais sur une portion majoritaire du cycle. Construire cette modélisation en régime diphasique et transitoire permettrait donc de s'affranchir des simplifications actuelles. L'objectif sera ensuite d'évaluer l'apport de cette modélisation dans des situations de fonctionnement normales et accidentelles sur un cas réacteur d'intérêt. Des configurations de couplage à des systèmes permettant d'augmenter la flexibilité des réacteurs nucléaires (solutions de stockage) ou de diversifier leur utilisation (cogénération) seront également étudiées.

Rankine thermodynamic cycles are widely used in industry to convert energy recovered as heat into electricity. The fluid is pumped from the cold part in liquid phase, then routed to a heat exchanger in which it vaporizes, and then to the turbo-alternator unit. It is then condensed in contact with a cold source and returned to the liquid phase. In addition to the phenomena encountered in single-phase fluid mechanics, the physics of Rankine cycles involves complex two-phase phenomena. The aim of this thesis is to propose a validated model of a Rankine cycle. The challenge of this thesis is to propose a validated model of a complete Rankine cycle that adapts to the level of complexity of the physics involved, and thus via a resolution of the flow in two-phase and transient regime in all components. For this, the thermal-hydraulic system code CATHARE, recognized in the field of nuclear safety, will be used. To date, such a model does not exist and simplified models take over a major portion of the cycle. To build this model in two-phase and transient regime would thus make it possible to get rid of the current simplifications. The objective will then be to evaluate the contribution of this model in normal and accidental operating situations on a reactor case of interest. Coupling configurations to systems allowing to increase the flexibility of nuclear reactors (storage solutions) or to diversify their use (cogeneration) will also be studied.