Modelisation cfd des ecoulements diphasiques et des vibrations induites au sein d’un faisceau tubulaire sous ecoulement transverse

La modélisation de l'écoulement eau-vapeur dans un faisceau tubulaire de GV est difficile du fait de la complexité de la configuration géométrique ; au meilleur de l’état de l’art actuel, pour des calculs industriels, il faut recourir à une approche diphasique homogène à milieux poreux. A cette échelle dite « composant », les résultats de la modélisation ne peuvent prendre en compte la configuration locale de l’écoulement diphasique : les régimes d’écoulement locaux en particulier. Il n’est donc pas possible, par exemple, d’estimer un amortissement fluide réaliste à l’aide de ce type de simulation, celui-ci étant dépendant pour un même taux de vide du régime diphasique et des tailles caractéristiques des structures gazeuses et liquides. Par ailleurs, la force engendrée par le fluide sur la paroi des tubes peut dépendre de façon très marquée de la structure de l’écoulement impactant la paroi des tubes : pour un même taux de vide, la réponse vibratoire peut varier en fonction du régime diphasique spécifique, et une approche diphasique homogène ne peut pas prendre en compte cet aspect.

Une approche de simulation à l’échelle CFD est par conséquent plus adaptée pour prédire et décrire la structure de l’écoulement lorsque l’on s’intéresse à la vibration. A une échelle géométrique réduite, cela est aujourd’hui envisageable grâce aux ressources de calcul disponibles, ainsi qu’aux approches de modélisation diphasiques récemment développées.

L’objectif de cette thèse est l’utilisation, l’analyse et l’amélioration de méthodes CFD diphasiques dites « multi-régime », pour des configurations de type écoulement diphasique transverse au sein d’un faisceau tubulaire. Ces méthodes permettent de traiter les petites structure (bulles, gouttes) suivant une approche dite « dispersée » (la dynamique des deux phases est traitée de façon moyennée, via un taux de présence moyen et des lois de comportement permettant de décrire l’interaction entre les phases gaz et liquide), et de résoudre explicitement (de façon similaire aux approches dites « Volume Of Fluid » – VOF) les « grosses » structures diphasique (dont l’interface gaz-liquide a une taille suffisamment grande pour être reconnue et décrite par le maillage utilisé). Malgré les potentialités de ces approches, un certain nombre de difficultés de modélisation ont été identifiées lors de l’application à une configuration d’écoulement diphasique transverse à un faisceau tubulaire : un des objectifs de cette thèse est l’étude de ces aspects, l’évaluation de leur impact sur la pertinence des résultats, et la proposition d’une amélioration de la description des phénomènes physiques en jeu, si nécessaire.

L’outil retenu pour les simulations numériques est Neptune_CFD, au sein duquel des approches multi-régime sont actuellement déjà disponibles.