Caractérisation des vibrations d'un faisceau de tubes soumis à un flux axial et à un jet transverse

Les vibrations induites par le flux dans les systèmes de refroidissement des centrales nucléaires sont un enjeu majeur de santé et de sécurité. En effet, certains réacteurs à eau pressurisée intègrent des dispositifs de sécurité tels que des trous et des fentes qui sont présents en cas d’accident de perte de liquide de refroidissement. Cependant, l’agencement de ses trous et de ses fentes provoque des écoulements combinés sur les faisceaux de cylindres de combustibles des réacteurs. Ces écoulements combinés sont alors au cœur de cette étude, car ils entraînent des vibrations pouvant mener à des instabilités. Dans le pire des cas, les barres de combustibles peuvent subir des instabilités fluidélastiques. Cela engendre alors des oscillations destructrices qui sont alors très coûtants d’un point de vue matériel, financier et sécuritaire. La littérature sur le sujet des vibrations induites par des écoulements combinés est encore peu fournie et le phénomène pas totalement compris. La présence d’un écoulement axial de fluide, l’écoulement du jet se voit alors dévié de son axe. Cela conduit alors à un écoulement complexe dans lequel l’écoulement axial primaire interagit avec les différentes régions de l’écoulement du jet. Ainsi le travail nécessaire à réaliser est d’identifier les paramètres généraux qui influencent le comportement dynamique d’un faisceau de cylindres soumis à un écoulement combiné pour ensuite en déduire une carte de stabilité fluidélastique. Afin de mener à bien cette étude, deux installations expérimentales ont été conçues. La première provient du travail réalisé précédemment par Gad-El-Hak et al. [20]. Ce montage est désigné comme étant à une travée. Le second montage présente, quant à lui, trois travées. Les deux montages ont été testés dans le but commun d’étudier l’effet de l’excentricité du jet ainsi que de la vitesse axiale sur la dynamique de l’ensemble des faisceaux de cylindres. Une étude expérimentale sur le banc d’essai à une travée permettant de compléter les données obtenues en [20] ont pu être traitées. Ainsi, deux cas d’excentricité ξ = 0 et ξ = 0.5 ont été testés pour compléter les cas ξ = 0.25. Il a été observé que le palier d’instabilité fluidélastique peut survenir pour un ratio de vitesse . Ainsi, cela confirme que le ratio de vitesse est un paramètre clefs dans l’identification des zones de stabilité dans un faisceau de cylindres soumis à des écoulements combinés. Cette étude s’intéresse aussi à l’influence des grilles d’espacements sur la stabilité des faisceaux de cylindres. Après avoir terminé les séries d’essais sur le montage à une travée, il a été nécessaire de mener à bien la conception ainsi que la mise en place d’un nouveau montage expérimental qui permet de tester un faisceau de cylindres à trois travées. Par la suite, des essais de caractérisations ont permis de définir le premier mode de vibration, f1 = 61Hz ; la raideur, k = 22604N.m−1 et l’amortissement z = 0.065 du système. Il a été trouvé que les grilles d’espacement créent un comportement non linéaire. Ces forces ont une influence sur l’amortissement du système, le premier mode propre n’est, quant à lui, pas influencé. Enfin, les installations disponibles n’ont pas pu déclencher le palier d’instabilité fluidélastique pour l’ensemble des vitesses axiales et de jet ainsi que pour les trois cas d’excentricité testés