Etude des flux de dépôt

Comme nous avons pu le voir dans le chapitre §3.1.3.1, la vitesse de dépôt sous ébullition est due à deux contributions liées au dépôt par vaporisation et au dépôt dû aux particules piégées à l’interface fluide/vapeur. Ces deux mécanismes peuvent coexister comme cela est décrit au paragraphe §3.3.4, l’importance relative de chacun dépend de la sous-saturation de l’écoulement sous ébullition (écart entre la température du fluide et la température de saturation). On peut distinguer trois types de bulles [38] :

– bulles d’équilibre : ce type de bulle est observé à faible densité de flux thermique, ces bulles présentent la caractéristique d’avoir un diamètre relativement important et qui est pratiquement indépendant de la pression du fluide. Par rapport aux autres types de bulle, elles ont un temps de séjour relativement important,

– bulles de vaporisation : ce type de bulle possède un diamètre relativement faible par rapport aux autres, diamètre qui est très sensible à la pression du fluide. Elles sont observées dans le cas d’une densité de flux thermique importante,

– bulles de coalescence : ce type de bulle est le résultat de la coalescence des bulles de vaporisation, le diamètre de ces bulles est compris entre celui des bulles de vaporisation et celui des bulles d’équilibre.

A la suite de cette étude sur les différents types de bulle, le mécanisme de formation de dépôt par vaporisation de la sous-couche de fluide à la base des bulles est prépondérant lors de la formation de bulle de vaporisation à la paroi. En effet, ces bulles possédant un diamètre relativement faible, le volume de la couche de particules piégées sur la bulle est donc faible.

Dans le cas de bulles d’équilibre, le volume de cette couche de particules sera plus important que précédemment, du fait que les bulles d’équilibre ont un diamètre plus important. A débit de vaporisation fixé, la densité de bulles formées à la paroi est donc plus faible, le flux de matière dû au mécanisme de dépôt par vaporisation sera donc plus faible que dans le cas précédent.

Dans le cas qui nous intéresse, l’écoulement dans le circuit primaire des réacteurs à eau sous pression est un écoulement sous-saturé. Nous pourrions donc a priori penser que le mécanisme de dépôt sous ébullition prépondérant soit le mécanisme de dépôt par piégeage. Cependant, à haute pression, les bulles formées à la paroi ont un diamètre très faible ce qui implique qu’à débit de vaporisation donné la densité de bulles à la paroi est très importante. Ces arguments sont plutôt en faveur du mécanisme de formation par vaporisation. Nous nous proposons, en se basant sur une étude menée par Lister et Cussac [20], de faire une comparaison de ces modèles à basse pression pour un régime d’écoulement d’ébullition nucléée sous-saturée et un régime d’écoulement d’ébullition nucléée plus proche de la saturation. Un calcul sera aussi mené en conditions REP primaires.

Calcul OSCAR

La figure 4.13 représente l’évolution au cours du temps de la masse surfacique du dépôt au cours des trois cycles de fonctionnement dans le cas où seul le dépôt de particules est activé. Les deux courbes présentées sur cette figure présentent respectivement la masse déposée uniquement par le mécanisme de dépôt par vaporisation et de la somme des masses déposées par les mécanismes de dépôt par vaporisation et par piégeage. Sans ébullition les deux courbes sont superposées (dépôt inertiel/turbulent et précipitation sur le dépôt sans enrichissement). Conformément aux calculs précédents, on peut voir que l’action du mécanisme de dépôt par vaporisation est prépondérante devant celle du mécanisme par piégeage. 0   2   4   6   8   10   12   14   16   18   20   0   200   400   600   800   1000   Ma ss e   su rf ac iq ue  (g .m -­‐2)   Temps  (j)   C7A  Dépôt  total   C7B  Dépôt  total   C7A  Dépôt  par   vaporisa8on   uniquement   C7B  Dépôt  par   vaporisa8on   uniquement   Cycle  1   Cycle  2   Cycle  3  

Figure 4.13 : Evolution de la masse surfacique du dépôt en fonction du temps, dépôt uniquement (avec ébullition).

La figure 4.14 représente l’évolution au cours du temps du flux de dépôt pour les trois cycles de fonctionnement. La courbe bleu représente le flux total de dépôt (vaporisation et piégeage) et la courbe rouge le flux de dépôt par vaporisation uniquement. Pour les deux premiers cycles de fonctionnement, sans ébullition, les flux de dépôt sont beaucoup plus faibles que ceux du cycle avec ébullition. Conformément à ce que nous avons dit

précédemment, le flux de dépôt par vaporisation est le flux majoritaire de dépôt (dépôt avec ébullition et dépôt turbulent/inertiel). Les augmentations observées sont respectivement dues à :

– l’augmentation de DPA en milieu de cycle pour la première augmentation, – l’augmentation du débit de vaporisation principalement pour la seconde, – l’augmentation de la constante K_vap principalement pour la troisième,

– la chute observée à t = 1000 jours est due à la diminution du facteur d’enrichissement du fait de l’absorption du fluide par le dépôt,

– le flux continue d’augmenter du fait de l’augmentation du débit de vaporisation.

0E+00   2E-­‐04   4E-­‐04   6E-­‐04   8E-­‐04   1E-­‐03   1E-­‐03   0   200   400   600   800   1000   1200   Fl ux  (g .s -­‐1)   Temps  (j)  

Flux  de  dépôt  total  

Flux  de  dépôt   vaporisa<on   uniquement   Cycle  1   Cycle  2   Cycle  3  

Figure 4.14 : Evolution du flux de dépôt en fonction du temps, dépôt uniquement (avec ébullition).

La figure 4.15 représente l’évolution des fractions de nickel et de fer dans le dépôt au cours des trois cycles de fonctionnement. Au cours du cycle avec ébullition, la croissance de la fraction de nickel dans le dépôt est plus rapide, la concentration en nickel en suspension dans le fluide étant plus importante que celle de fer.

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