Soutenance de thèse de CHARTON Hugues

Résumé de la thèse

Dans un réacteur à eau pressurisée, un écoulement turbulent d'eau circule entre
les crayons des assemblages de combustible afin d'évacuer la puissance thermique
produite par la fission. Lors de son passage au niveau des grilles, la turbulence est
fortement amplifiée, y compris lorsque celles-ci sont équipées d'ailettes de mélange.
Les fluctuations de pression associées à cette turbulence exercent des efforts variables
sur les crayons combustibles et peuvent engendrer des vibrations.
Cette thèse s'intéresse à la compréhension desmécanismes reliant les fluctuations
de pression pariétales à la structure turbulente de l'écoulement dans les assemblages
de combustible. L'objectif est d'améliorer la connaissance des phénomènes à l'origine
des sollicitations vibratoires en aval des grilles de maintien et demélange.
Pour cela, une étude numérique a été menée sur la section expérimentale CALIFS
5x5. Cette installation reproduit un sous-assemblage de 5 x 5 crayons à échelle agrandie
et permet la mesure de la pression à la paroi du crayon central. Dix simulations
CFD LES, validées à partir des données expérimentales disponibles, ont été réalisées
afin d'évaluer l'influence du raffinement du maillage et du traitement proche paroi
sur la prédiction des grandeurs turbulentes.
La comparaison entre simulations et mesures montre que la résolution explicite de
la sous-couche visqueuse améliore significativement la prédiction des fluctuations de
pression aux parois des crayons. Cette étudemet ainsi en évidence l'importance des
phénomènes proches paroi dans la caractérisation des sources d'excitation turbulente.
Les simulations les plus résolues ont ensuite été exploitées afin d'analyser l'anisotropie
de la turbulence en aval des grilles. Les résultats montrent que cette anisotropie
diffère fortement de celle observée dans des faisceaux sans grille et dépend de la
géométrie des grilles. L'analyse des bilans du tenseur de Reynolds permet d'identifier
les mécanismes responsables de cette évolution et de montrer l'influence des ailettes
de mélange sur la production de l'énergie turbulente au sein des sous-canaux.
Enfin, l'étude montre l'existence de fluctuations de vitesse selon les composantes
axiale et orthoradiale dans la sous-couche visqueuse au voisinage des crayons en
proche aval de grille. À partir de cette observation, une nouvelle formulation reliant
directement les fluctuations de pression pariétales aux fluctuations de vitesse axiale a
été dérivée à partir de l'équation de Poisson pour les fluctuations de pression, puis
validée numériquement. Cette contribution ouvre la voie à de nouvelles approches de
caractérisation des excitations turbulentes et pourrait, servir de base au développement
de méthodes de prédiction des fluctuations de pression à l'échelle industrielle à
partir de mesures laser limitées à une seule composante de vitesse.