Etude expérimentale de la distribution en tailles et vitesses des gouttes générées par un front de trempe

Lors d’un APRP, un assèchement partiel ou total des assemblages combustibles dans le cœur du réacteur peut survenir. Dans ces conditions, l’augmentation de la température du combustible ainsi que la chute de la pression dans le cœur du réacteur peuvent conduire à des déformations importantes voire à la rupture des gaines des crayons de combustible qui constituent la première barrière de sûreté, destinée à confiner le combustible irradié et les produits de fission. Lors d’un tel accident, les systèmes d’injection de secours se déclenche afin d’éviter une montée trop importante de la température des crayons et un éventuel endommagement du cœur. Le refroidissement du cœur lors du renvoi d’eau par les systèmes de sécurité constitue un enjeu de sûreté important.

Afin d’étudier cette problématique, l’ASNR a lancé le projet ANR PERFROI dont l’axe thermohydraulique vise à étudier cette problématique de refroidissement du cœur via la réalisation d’essais semi-intégraux (essais COAL). Ces essais ont permis d’une part l’acquisition de connaissance concernant la refroidissabilité de crayons combustibles et, d’autre part, vont permettre d’affiner et de valider les modèles du code de calcul DRACCAR de l’ASNR dédiés à la prédiction du renoyage en APRP. En effet, lors des post-calculs des essais COAL, il est apparu que certains des modèles du code avait besoin d’être améliorés, en particulier ceux qui gèrent le refroidissement des crayons en aval du front de trempe où un écoulement vapeur/gouttes est attendu. Des expériences réalisées à l’échelle sous-canal sur l’installation COLIBRI ont montré que ces modèles peuvent contribuer jusqu’à hauteur de 50% dans l’échange de chaleur paroi/fluide, suivant les caractéristiques de la phase dispersée de l’écoulement (vitesses, tailles et distribution des gouttes). Or, ces caractéristiques sont à l’heure actuelle très mal connues et n’ont été que rarement mesurées dans les expériences de renoyage du fait de la difficulté d’accès pour l’instrumentation. La technique utilisée consiste à enregistrer via une caméra rapide l’écoulement dans une rangée de sous-canaux puis par analyse d’images à déterminer une taille et une vitesse moyenne de gouttes. Cependant, des incertitudes importantes existent concernant ces mesures, seulement une partie des gouttes (parfaitement sphériques) étant retenues pour déterminer ce diamètre. D’autres part, la mesure des gouttes n’était possible qu’à des positions très éloignées de l’endroit où elles étaient générées (limitation de l’analyse d’images).

L’objectif de cette thèse est de mesurer plus précisément l’écoulement vapeur/gouttes généré par un front de trempe à l’échelle d’un sous-canal.