L’analyse d’erreurs expérimentales

Nous présentons dans les figures 5.7, 5.8 et 5.9 les spectres de données collectées pour la pression, la température et la puissance thermique en fonction du temps. Chaque variable a été collectée en utilisant un temps d’échantillonnage de 100 ms et pour une durée totale supérieure 1000 s (seulement une fenêtre de 500 s est montrée dans la figure). Lors de ces mesures, les deux boucles (voir figure 4.1) sont contrôlées pour maintenir la pression de décharge et la température à l’entrée de l’échangeur de chaleur (TTr-3) de la boucle HP (voir figure 4.3) le plus constants que possible. Cependant, lorsqu’on s’approche de l’état critique (c.-à-d. PTr-1 > 22,1 MPa et To = TTr-5 ≈ 647 K), le contrôle et le maintien des conditions

de l’écoulement bloqué est difficile du fait que la vitesse du son et la masse volumique du fluide varient rapidement autour de cette région (figures 2.4b et 2.4e).

Pour calculer le coefficient de transfert de chaleur par convection forcée pour les écoule- ments turbulents dans des tubes circulaires et pour les conditions de pressions supercritiques, la corrélation empirique de Dittus et Boelter donnée par l’équation 5.4 (Pioro et Duffey, 2004) est souvent utilisée.

N u = 0.023 Re0,8P r0,4 (5.4)

Au voisinage des conditions pseudo-critiques, la viscosité dynamique µ devient presque constante et la conductivité thermique λ augmente (voir figures 2.4c et 2.4f). Mais l’aug- mentation de la chaleur massique à pression constante cp est plus significative. De ce fait le

nombre de Prandlt donné parP r = µcp

λ



croit. Un nombre de Nusselt élevé N u = hD λ

!

où h est le coefficient de transfert thermique en convection forcée, indique une augmentation du coefficient de transfert de chaleur par convection forcée. Une augmentation de la température du fluide conduit à la diminution de sa masse volumique suivie par une augmentation rapide

Figure 5.7 Enregistrement en fonction du temps d’une expérience typique autour de la région -50 K < DTpc < +50 K.

Figure 5.8 Enregistrement en fonction du temps d’une expérience typique autour de la région DTpc> 50 K.

de la pression d’écoulement. Une réduction volontaire du débit massique (c.-à-d. en contrôlant la vitesse de la pompe HP, figure 4.3) n’a pas été en mesure de compenser l’augmentation de

Figure 5.9 Enregistrement en fonction du temps d’une expérience autour de la région DTpc <

−50 K.

la pression de l’écoulement. Ce comportement particulier est montré par l’enregistrement en fonction du temps d’une expérience typique dans la figure 5.7. D’autre part, pour des raisons de sécurité, la température maximale autorisée pour la paroi du tube Hastelloy C-276 doit être respectée (inférieure à 903 K). Pour cette raison, la réduction de la puissance thermique est donc nécessaire.

Dans la région supercritique (DTpc < −50 K), la chaleur massique diminue rapidement,

et par conséquent le transfert thermique diminue. Le flux massique diminue tandis que la différence de température entre la paroi et le fluide augmente. La masse volumique du fluide augmente et la pression de l’écoulement diminue, ce qu’on observe dans la figure 5.9. Nous montrons dans la figure 5.8 un exemple pour une expérience avec des conditions de pression et de température sous-critiques du fluide dans le réservoir.

Pour chacune des régions de la figure 5.3 : la région I (DTpc < −50 K), la région II

(-50 K < DTpc < 50 K) et la région III (DTpc> 50 K), une analyse des erreurs expérimentales

sur les données est réalisée. Les figures C.1, C.2 et C.3 dans l’annexe C présentent la dis- tribution statistique des données autour de leur valeur moyenne pour la pression PTr-1, la température TTr-5, le flux massique FTr-1 et la puissance thermique LEM (voir la figure 4.3). La loi normale renvoie la distribution pour la moyenne et l’écart-type σ calculés pour chacune des distributions. Les écarts-types calculés pour les variables sont montrés dans le tableau 5.1 pour la section divergente. Les écarts-types calculés par Muftuoglu et Teyssedou (2014) pour

les variables (température, pression, flux massique, puissance thermique) pour les mesures effectuées en employant les sections d’essais sans chanfrein sont présentés dans le tableau 5.2.

Tableau 5.1 Écarts-types calculés pour les pressions, températures, puissances et flux mas- siques pour les données obtenues avec la section d’essais divergente (TS3).

DTpc< −50K −50K < DTpc < 50K DTpc> 50K

Variable Écart-type σ

Température(K) 1,72 0,78 1,40

Pression (M P a) 0,06 0,22 0,11

Flux massique critique 1,32 5,72 3,95

(×103_kg.m−2_.s−1₎

Puissance (kW ) 1,65 0,74 1,51

Tableau 5.2 Écarts-types calculés pour les pressions, températures, puissances et flux mas- siques pour les données obtenues avec la section d’essais sans chanfrein (TS1).

DTpc< −50K −50K < DTpc < 50K DTpc> 50K

Variable Écart-type σ

Température (K) 0,63 2,15 1,14

Pression (M P a) 0,04 0,30 0,08

Flux massique critique 1,52 4,42 2,42

(×103kg.m−2.s−1)

Puissance (kW ) 0,80 1,75 1,30

Les écarts-types calculés sur les données des deux sections d’essais (orifice avec chanfrein et section divergente) sont du même ordre de grandeur. Cependant ceux obtenus pour la pres- sion, la température et la puissance thermique au voisinage de la région -50 K< DTpc <50 K

sont légèrement plus importants pour les données des sections d’essais avec orifice sans chan- frein. Pour les données de la section d’essais divergente, la plupart des valeurs recueillies pour le flux massique bloqué dans la région supercritique DTpc < 50 K ou dans la région

sous-critique sont à l’intérieur d’une fourchette de confiance de ±95% (c.-à-d. entre −2σ et +2σ).

5.3 Conclusion du chapitre

Les nouveaux résultats expérimentaux du débit bloqué obtenus utilisant la section d’essais divergente sont comparés aux données correspondantes à celles collectées avec les sections

d’essais munies d’un orifice sans chanfrein (Muftuoglu et Teyssedou, 2014). Le flux massique dans la région DTpc < 0 K est plus faible comparativement à celui obtenu avec les sections

avec orifice sans chanfrein. L’allure du profil de pression indique que les conditions critiques sont présentes pour la section divergente. Mais encore, on observe une augmentation de la pression en aval de la section divergente. Cela met en évidence un autre phénomène qui est la présence d’une onde de choc. Les incertitudes (écart-type) sur les variables telles que les pressions, les températures, les flux massiques et les puissances thermiques ont été calculées. Avant d’aborder les calculs pour les fluides supercritiques, nous présentons au chapitre suivant les estimations théoriques de la vitesse du son et du débit bloqué, pour le fluide dans le réservoir à l’état sous-critique. Ce type de phénomène est très important, il peut se développer dans un accident des réacteurs SCWR. Les résultats sont ensuite confrontés aux données expérimentales collectées à partir de la littérature.

CHAPITRE 6 LES ÉCOULEMENTS BLOQUÉS DES FLUIDES À L’ÉTAT