Estimation du transfert de chaleur gouttes/paroi en situation d'APRP pour un REP.

Estimation of droplets/wall heat transfer under LOCA conditions in a PWR.

¹ CNRS UMR 7563 2, av. de la foret de Haye, 54500, Vandoeuvre les Nancy
² IRSN Cadarache BP3 13115 Saint Paul lez Durance, Tél : +33 (0)4 42 19 96 01

Auteur de correspondance : franck.lelong@ensem.inpl-nancy.fr

Résumé

Dans le cas d'un APRP (Accident de Perte de Réfrigérant Primaire) sur un REP, les assemblages de crayons combustibles peuvent présentés des zones localement très déformées. Le transitoire se termine par une injection d'eau dans le coeur par l'action des systèmes de sécurité. Le refroidissement de ces zones dépend de l'importance du blocage qui affectera l'écoulement diphasique les traversant. La plupart des modèles de refroidissement de ces zones asséchées à hautes températures, ne tiennent compte que de l'échange par convection avec la vapeur. Cependant, un régime d'écoulement dispersé est généré par le renoyage du coeur. Il est donc possible qu'une part non-négligeable du refroidissement soit due aux interactions gouttes-parois dans l'assemblage et en particulier dans les zones ballonnées. Aux hautes températures de surface de l'assemblage (au delà du point de Leidenfrost), le régime de rebond semble être le régime prédominant. Jusqu'à présent, aucun modèle tenant compte des caractéristiques de la goutte et de la paroi (vitesse, diamètre, température, orientation) ne permet d'estimer avec précision le flux extrait à l'impact. Une expérimentation permettant l'estimation de ce flux avec une marge d'erreur acceptable est mise en oeuvre au LEMTA ; on montre que l'estimation du flux de chaleur extrait lors de l'impact de la goutte est possible en utilisant un modèle inverse paramétré par les caractéristiques de l'impact (temps de contact, étalement de la goutte...). L'objectif de la collaboration entre LEMTA et IRSN est de pouvoir implanter des modèles de refroidissement réalistes dans le code NEPTUNE_CFD, co-financée par EDF, CEA, AREVA et IRSN.

Abstract

During a LOCA (Loss Of Coolant Accident) in a PWR, the fuel assemblies could be locally severely ballooned. The transient is ended by the injection of water initiated the safety system. The cooling of theses partially blocked fuel assemblies depends on the coolant flow characteristics in the blockage region. Most models for heat transfers concentrate on cooling of the ballooned walls by vapor convection. Since a two-phase mist flow occurs when reflooding, the possibility of additional cooling by direct liquid droplet impingement on the blockage surfaces must be investigated. As the temperature of the fuel assemblies is higher than the Leidenfrost temperature, the impact regime should be only the bouncing one. Up to now, no model of heat transfer of droplet impacts has been developed for that regime. As the coolabilty from droplet impacts must be modeled, an experimental program was proposed with droplets and wall characteristics (velocity, diameter, temperature) close to the LOCA ones. As the interaction between the droplet and the wall is very short (a few of ms), the estimation of the heat flux during the resident time of the droplet at the wall must be accurately designed. The purpose of this work is to show how such heat flux can be experimentally estimated used an adapted inverse heat conduction model. The final goal of the present collaboration between LEMTA and IRSN is to introduce the cooling model within NEPTUNE_CFD code, a joint project of CEA, EDF, AREVA and IRSN.