Modélisation de l'interaction combustible-réfrigérant : fragmentation et explosion de vapeur

Simulation of fuel-coolant interaction at mesoscale involve unsteady coupled phenomena. In this context, fine fragmentation of fuel during a vapor explosion is modeled by closure laws. To enhance reliability and predictability of these laws, it is now possible to consider detailed simulations to study the local phenomena involved. This PhD, as the first work of this project, had for goals to set the modelisation context and the first software developments of micro-SCONE. It is a code dedicated on the understanding of local phenomena involved in small scale vapor explosions. For this purpose, we proposed a development plan oriented towards compressibility, heat transfers and phase change effects.Compressible diffuse interface models family has been chosen. However, some declinaisons of models in this family exist based upon equilibrium hypothesis which can make them unsuitable for our application. In particular, in this work, we have demonstrated the inability of the thermomecanical equilibrium model to meet our needs. Thereafter, the mecanical equilibrium model has been selected and expanded to take into account conduction heat transfer. Then, this model has been coupled to a phase change method based on Gibbs potential equilibrium. Finally, this work has settled the fundamentals of the micro-SCONE software and has contributed to the development of multiphase flow models for small scale vapor explosion simulations.La simulation de l'interaction combustible-réfrigérant à l'échelle mésoscopique fait intervenir de nombreux phénomènes instationnaires couplés. Pour simplifier la résolution, des modèles de fermeture sont employés pour traduire les effets des phénomènes plus locaux. C'est en particulier le cas pour la fragmentation fine du combustible lors d'une explosion de vapeur. Ainsi, dans le but d'améliorer la fiabilité et la prédictivité de ces fermetures, il est aujourd'hui envisagé de réaliser des simulations détaillées pour étudier les phénomènes locaux mis en jeu. Cette thèse s'inscrit dans cette démarche comme un premier travail de développement de l'outil de calcul micro-SCONE, dédié à la compréhension des phénomènes locaux qui interviennent lors d'une explosion de vapeur. Suivant un plan de développement proposé permettant de donner une priorité aux effets compressibles, de transferts de chaleur et de changement de phase, la construction de l'outil et la modélisation ont été menées en parallèle. Le choix a été fait de s'orienter vers la famille de modèles compressibles à interfaces diffuses. Cependant, les déclinaisons existantes, basées sur différentes hypothèses d'équilibres de l'écoulement, peuvent ne pas être en adéquation avec les besoins spécifiques liées à l'explosion de vapeur locale. En particulier, dans ce travail, les capacités du modèle à l'équilibre thermomécanique à traiter de notre application ont été mises en défaut. Par la suite, c'est le modèle à l'équilibre mécanique qui a été retenu, puis étendu de manière à prendre en compte les transferts de chaleur par conduction. Ce modèle a également été couplé à une méthode de changement de phase basée sur l'équilibre des potentiels de Gibbs. Finalement, ce travail aura permis de poser les fondements de l'outil de calcul micro-SCONE et de contribuer au développement des modèles qui permettent de traiter les écoulements multiphasiques impliqués dans l'explosion de vapeur à l'échelle locale