Étude des écoulements critiques (bloqués) pour des fluides aux états sous et sur critiques

Les investissements en R & D au niveau mondial sont déterminés pour permettre le développement d'une filière nucléaire plus moderne, c.-à-d. qu'elle doit remplacer la technologie actuelle. Le forum international de Génération IV a proposé six concepts nouveaux de réacteurs nucléaires dont les enjeux sont la compétitivité économique, la sûreté et la résistance par rapport à la prolifération. Le concept du SCWR, «Supercritical Water-Cooled Reactors», un des réacteurs proposés par le forum, utilise de l'eau dans son état supercritique c.-à-d. au-dessus de son point critique thermodynamique comme fluide de refroidissement. Il est envisagé que ceci permettra une température du caloporteur à la sortie qui peut varier entre 773K à 898 K, l'enthalpie du flux de sortie sera beaucoup plus élevée et donc le rendement sera augmenté sans la crise d'ébullition qui conduit à des risques de flux de chaleur critique (assèchement et/ou caléfaction). Par contre les analyses de sûreté pour les SCWR sont peu nombreuses. Le présent travail de recherche s'inscrit dans ce cadre, en proposant une étude de phénomènes physiques qui peuvent avoir lieu lors d'un accident de fuite de caloporteur pour les réacteurs à hautes pressions, suite à une rupture au niveau du circuit de refroidissement. D'abord on étudiera les cas des débits bloqués (choking flow), c.-à-d. le flux massique maximal atteint par un fluide compressible qui s'écoule d'un milieu sous pression vers un autre de pression plus faible. Ceci se produit lorsque la vitesse de l'écoulement atteint la vitesse sonique. Par la suite on abordera la présence de l'onde de choc, signifiant des variations très rapides de la masse volumique, de la pression et de la vitesse du fluide sur des distances très faibles. Une modélisation réelle du comportement thermo-hydraulique est donc importante si un pareil accident se produit. Une étude sur le débit bloqué pour le mélange diphasique eau-vapeur est effectuée en utilisant les modèles hydrodynamiques et aussi par le biais de l'estimation de la vitesse sonique, ainsi qu'en considérant l'hypothèse d'une masse volumique homogène pour le mélange. Pour les écoulements d'eau supercritique, nous proposons deux modèles pour calculer le débit maximal de fuite et nous présentons des résultats originaux du débit bloqué mesuré en utilisant une section d'essais divergente. Le premier modèle développé, considère que le fluide à l'état supercritique subit une détente polytropique qui lui permet de rester dans un état monophasique lors de sa décharge.