L'hydraulique thermique pour les nouveaux systèmes nucléaires
La conception des réacteurs nucléaires a connu quatre générations. Comparée à la seconde génération (Gen II), la Gen III renforce la sécurité. Cependant, les réacteurs nucléaires de troisième génération ne répondent pas aux exigences d'un développement à plus long terme des centrales nucléaires. Pour assurer au nucléaire un avenir sûr et durable, une quatrième génération de réacteurs a été proposée. Elle se compose de réacteurs à très haute température, de réacteurs rapides refroidis au gaz et de réacteur refroidis à l'eau supercritique. L'hydraulique thermique est un composant commun des réacteurs de quatrième génération. Malgré les différences entre les fluides de refroidissement et la structure des canaux d'écoulement, le projet THINS (Thermal-hydraulics of innovative nuclear systems), financé par l'UE, a identifié des problèmes transversaux d'hydraulique thermique. Cette collaboration, qui a regroupé 24 institutions, s'est intéressée à l'hydraulique thermique principale, à l'association de la convection et de la turbulence dans une seule phase, et au couplage des flux et du code dans plusieurs phases. L'objectif général du projet THINS était de concevoir et valider des méthodologies informatiques et expérimentales pour étudier ces phénomènes d'hydraulique thermique. Des travaux ont également été conduits pour utiliser les résultats scientifiques à des fins de partage des connaissances. Les partenaires de THINS ont vérifié des outils de simulation des flux de refroidissement à l'intérieur des composants du cœur du réacteur, et calculé la chute de pression et le transfert de chaleur dans les faisceaux de tubes et les grilles de séparation. En utilisant des modèles de turbulence, ils ont également modelé le flux dans le faisceau de crayons eutectiques en plomb-bismuth. Les chercheurs du projet ont mis en place une base de données complète contenant les résultats de simulations numériques directes ainsi que des données expérimentales. Ces données ont servi à caractériser des phénomènes de flux comme les modèles de convection, la stratification thermique et les échanges thermiques fluide-structure au sein des réacteurs. Le transfert de chaleur et le mélange des flux ont été analysés dans des systèmes de refroidissement à une seule phase. Les chercheurs de THINS ont développé de nouvelles approches de modélisation pour décrire les effets de flottabilité et de turbulence anisotrope pour un large éventail de nombres de Prandtl. Les modèles ont été développés et validés pour étudier les écoulements à plusieurs phases dans des systèmes de réacteur innovants. Les chercheurs ont étudié les flux à surface libre dans les réacteurs liquide-métal de type piscine, ainsi que les interactions entre l'eau et du métal liquide lourd. L'équipe de THINS a développé et validé de nouvelles solutions de couplage du code pour prédire de façon fiable les phénomènes hydrothermiques transitoires multiscalaires dans des systèmes de réacteur à très haute température. Ils ont en particulier étudié la poussière de graphite transportée dans la boucle de refroidissement. Les activités du projet THINS ont été complétées par la formation de jeunes ingénieurs et de chercheurs en nucléaire. L'utilisation des résultats scientifiques à des fins pédagogiques s'est avérée très efficace afin de consolider les bases pour maintenir et étendre le savoir-faire sur le terrain.
Mots‑clés
Hydraulique thermique, systèmes nucléaires, réacteur de nouvelle génération, réacteurs à haute température, THINS
