Discussion sur le profil de vitesse lors de l’injection du modérateur

Étant donné que l’objectif de la recherche réalisée dans le cadre de cette thèse était d’analyser l’écoulement du modérateur pour différentes conditions de fonctionnement caractérisées par des paramètres clés, l’utilisation d’un profil global de l’écoulement turbulent (ayant une distri- bution semi-constante) comme entrée du jet dans la calandre était indispensable. D’ailleurs, implémenter un profil de vitesse dans un domaine bidimensionnel utilisé dans certaines par- ties de ce travail était impossible. Toutefois, il est évident que l’écoulement du modérateur après son passage dans les sections de l’injecteur ayant chacune une géométrie complexe n’aura pas un profil uniforme au moment de quitter l’injecteur pour entrer dans la calandre. Il a été mentionné à la section 2.1.2 que Sarchami [12] a combiné les huit injecteurs du CANDU-6 dans le domaine hydraulique de la calandre. Bien que cette combinaison semble donner des prédictions précises sur l’écoulement du modérateur dans les injecteurs, Sarchami n’a pas correctement fait la modélisation géométrique des injecteurs. En effet la géométrie qu’il a employée est présentée à la figure 7.1. Selon le manuel du CANDU-6 [29], un rac- cordement courbé à 90◦ conduit l’écoulement vers l’entrée du diffuseur. Cependant, cette conduite n’a pas été prise en compte dans la modélisation de Sarchami. Nos simulations (qui seront présentées plus tard dans cette section) ont prédit d’importantes distributions de l’écoulement proprement générées par la présence de cette conduite courbée (ce point est aussi discuté dans le troisième article, voir la figure 6.3 dans la section 6.4).

Une deuxième approche utilisée pour déterminer le profil de l’écoulement consiste à simuler l’écoulement au sein d’un injecteur complètement isolé c.-à-d. à l’intérieur d’un volume sans la présence des canaux de combustible. Comme mentionné à la section 2.1.2, l’imposition des conditions aux frontières posées pour effectuer cette modélisation est très délicate. À titre d’exemple, les vecteurs de vitesse du modérateur ainsi que le profil de vitesse tel que prédit par Yoon et al. [26] sont présentés à la figure 7.3. On peut observer que les comportements de l’écoulement dans les deux segments intérieurs et extérieurs de l’injecteur sont complètement différents. Ceci semble être une erreur numérique générée par l’imposition d’une mauvaise

Figure 7.1 Modélisation géométrique de l’injecteur utilisée par Sarchami et al. [10].

condition aux frontières placée directement à la sortie de l’injecteur.

Afin de pouvoir corroborer la validité du profil proposé par Yoon et al. [26], nous avons modélisé l’écoulement du modérateur dans les injecteurs tout en imposant des conditions aux frontières prenant en compte l’écoulement extérieur à l’injecteur. Le domaine hydrody- namique utilisé pour cette étude est présenté à la figure 7.3. Il s’agit d’un seul injecteur placé dans un domaine hydraulique représentant 1/8 du volume de la cuve du CANDU-6. Les frontières du domaine de la cuve ont été définies comme suit : des conditions aux fron- tières symétriques pour toutes les surfaces qui se trouvent à l’intérieur de la calandre réelle ; des parois sans glissement pour les parois extérieures de la calandre, pour la canatisation de sortie ainsi que les parois de l’injecteur. L’écoulement entre dans ce domaine avec un débit volumique correspondant à 1/16 de la valeur nominale utilisée dans les réacteurs CANDU-6. Quant à la sortie, une condition aux frontières de type pression a été imposée. Pour ces si- mulations, le modèle de turbulence κ -  avec une loi de paroi évolutive (c.-à-d. “scalable” en anglais) pour un maillage non structuré suffisamment fin, composé de 1.5×106 _{cellules ont} été utilisées. Le critère de convergence sélectionné pour ces simulations a été que les valeurs des résidus normalisés soient inférieures à 10−5.

Les vecteurs ainsi que les contours de vitesse à la sortie des segments de l’injecteur sont présentés aux figures 7.4 et 7.5 respectivement.

Le décollement de l’écoulement dû à la pression négative générée dans l’injecteur crée une zone de recirculation assez importante comme on l’observe dans la figure 7.4 a. De plus, la distribution de la vitesse est beaucoup plus importante près de la paroi se trouvant en face de la conduite d’entrée de l’injecteur (voir la figure 7.4 b). Il faut noter qu’un comportement similaire est observé pour les deux segments de l’injecteur, c’est-à-dire que l’écoulement a tendance à rester collé aux parois qui se trouvent en face de la conduite d’entrée (voir figure 7.4 b et d). D’ailleurs, les effets de la conduite courbée à l’entrée de l’injecteur (c.-à-d.

Figure 7.2 Simulation du jet du modérateur présenté par Yoon et Park [26] (Copyright June 22 2016 by the American Nuclear Society, La Grange Park, Illinois). a) Vecteurs de vitesse ; b) Profil de vitesse sur la ligne du centre.

Figure 7.3 Position de l’injecteur du modérateur employé lors des validations des simulations présentées par Yoon et Park [26].

Figure 7.4 Vecteurs de la vitesse causée par l’injection de l’eau du modérateur. a) Selon le plan traversant les conduites ; b) À la sortie du segment extérieur ; c) Dans le plan médian ; d) À la sortie du segment intérieur.

Figure 7.5 Contours de vitesse à la sortie du diffuseur. a) Segment extérieur ; b) Segment intérieur.

décollements) qui ont été discutés plus haut sont remarquables dans la figure 7.4 c où une zone de recirculation se forme en amont du diffuseur.

Afin d’illustrer les distributions de l’écoulement au moment de quitter l’injecteur, les sorties des deux segments, extérieur et intérieur sont présentés respectivement aux figures 7.5 a et 7.5 b. Ces figures présentent les contours de la composante de vitesse dans la direction normale au plan à la sortie de l’injecteur. On peut remarquer sur ces contours que les zones de recirculation ainsi que les valeurs maximales à la vitesse de sortie de l’écoulement sont beaucoup plus petites que celles prédites dans les simulations de Yoon et al. [26].

Une analyse détaillée de ces simulations en utilisant d’autres modèles de turbulence ainsi que des validations avec des données expérimentales seront l’objet d’un article de recherche qui est en ce moment dans la phase de rédaction.