Couplage neutronique-thermohydraulique ARTHUR-DONJON avec les conditions aux collecteurs

Au départ, le logiciel ARTHUR tient compte de quatre éléments qui sont aussi des conditions initiales: la pression de sortie des canaux, le flux massique de caloporteur, la température du caloporteur à l'entrée et la géométrie du réacteur. Les calculs utilisant les lois de conservations et les corrélations servant à modéliser le phénomène thermohydraulique présent dans le réacteur CANDU-6 sont basés sur le modèle à écart de vitesse. C'est un compromis entre un modèle simple et rapide, et un modèle complexe et plus lent. Le couple ARTHUR-DONJON est un bon outil depuis 2008. Mais, il est perfectible. En thermohydraulique, on ajoutera la pression à l'entrée des canaux dans les calculs. Il s'en suivra une influence sur le flux massique et la température du caloporteur. On développera un algorithme de correction du flux massique pour les nouvelles conditions initiales afin de mieux modéliser le phénomène. On utilisera les jacobiens pour en arriver à trouver cette relation entre les conditions initiales et les intrants du système. Le jacobien « corrige » les variables d'un état 1 à un état 2. En neutronique, le logiciel DONJON avait un module IQS. On le remplacera par le module KINSOL pour la cinétique. Il y aura correction des calculs de sections efficaces du module AFM, pour mieux suivre l'évolution des données de puissance. Le changement en thermohydraulique impliquera un changement en neutronique, cela donnera un ensemble plus cohérent et performant. Les résultats sont excellents. On est passé d'une précision de 4 à 6 % selon les essais avec ARTHUR-DONJON initial à 0,1 % d'écart avec les mesures en centrale. On est passé de 0,5 seconde de temps de simulation pendant plus d'une semaine de calculs à 1,0 seconde pendant deux à trois jours. Surtout, on a maintenant des résultats qui ne sont pas divergents face aux mesures en centrale. Les simulations deviennent très près de la réalité.

Abstract

First, the ARTHUR code of thermal-hydraulic encloses four initial elements, which are also initial conditions: channel outlet pressure, inlet mass flux, inlet coolant temperature and reactor geometry. The calculations using conservation laws and the modeling correlation for the CANDU-6 thermal-hydraulic phenomenon are based on the drift-flux model. It's a middle point between a simple and fast model and a complex and slow calculation. The couple ARTHUR-DONJON is a good tool since 2008. But, there is a place for improvements. For thermal-hydraulics, inlet pressure has to be added as initial condition. This will influence mass flux and coolant temperature. A jacobian method for mass flux correction will be developed and implemented to satisfy inlet and outlet pressures initial conditions. We have to use jacobians to find a relation between initials conditions and systems inputs. The jacobians is used to transform the system between state 1 and state 2. In reactor physics, IQS unit in DONJON code will be substituted by KINSOL unit for kinetics. For cross sections calculations in AFM unit, it will be corrected for a better power evolution. Thermal-hydraulics changes will involve some reactor physics changes and then, it will give a better simulation system. The results are excellent with the new ARTHUR-DONJON. We are going from 4 to 6 % of error to 0,1 % with power plant essay measurements. We are going from 0,5 second in one week calculations to 1,0 second in two or three days of calculations. Our results are not divergent with power plant essay measurements and they're now near those observed for a real nuclear reactor.