Characterisation of the fluid-structure interaction of a reactor core assembly under seismic forcing

Dans le cadre des études de sûreté, il est nécessaire de disposer de modèles validés des forces fluides s’exerçant sur des assemblages combustibles en cas de séisme. Dans la technologie REP (réacteur à eau pressurisée) utilisée en France, les assemblages sont constitués de faisceaux de crayons cylindriques disposés en réseau carré et soumis à un écoulement axial. En cas de séisme, ces assemblages sont soumis à des oscillations latérales. Ces vibrations peuvent mener à la déformation des assemblages. Des campagnes d’essais sur assemblage combustible réel ont été réalisées et ont mis en évidence l'existence de forces fluides dissipatives dont l'évolution et la répartition spatiale reste encore mal documentées. L'objectif des présents travaux est de contribuer à la description de ces forces en dynamique. Le modèle de référence pour la description de la dynamique des structures élancées sous écoulement axial est le modèle de TLP (Taylor-Lighthill-Païdoussis). Dans la littérature ce modèle a été validé pour une structure très proche du faisceau de cylindres. Des études statiques réalisées sur un cylindre dans un faisceau ont montré une influence non négligeable des extrémités sur les efforts exercés par le fluide sur la structure. La littérature propose peu de cas de validation du modèle TLP pour des structures plus complexes et proches d'un assemblage combustible. Afin d'évaluer la capacité du modèle à décrire les efforts fluides s'exerçant sur une structure plus proche d'un assemblage combustible, un nouveau banc d'essai a été conçu et mis en service. Ce banc d'essais permet de faire osciller latéralement un faisceau de cylindre 5 x 5 muni de grilles à chaque extrémité dans un écoulement axial. Des mesures de force au niveau de chaque grille donne accès à la résultante d'effort de la structure. Un modèle numérique complète cette approche expérimentale et donne accès à la répartition des efforts dans la structure. Les forces obtenues expérimentalement semble indiquer un effet important des grilles. Les forces issues des simulations confortent les observations faites sur un faisceau de cylindres et apportent de nouveaux éléments sur la répartition des efforts locaux ainsi que l'influence des extrémités.Within the framework of safety studies, it is necessary to have validated models of the fluid forces exerted on fuel assemblies in the event of an earthquake. In the PWR (Pressurized Water Reactor) technology used in France, fuel assemblies are made of cylindrical rods bundles arranged in a square array and subjected to an axial flow. In case of an earthquake, these assemblies are subjected to lateral oscillations. These vibrations can lead to the deformation of the assemblies. Test campaigns on real fuel assemblies have been carried out and have revealed the existence of dissipative fluid forces whose evolution and spatial distribution are still poorly documented. The objective of the present work is to contribute to the description of these forces in dynamics. The reference model for the description of the dynamics of slender structures under axial flow is the TLP model (Taylor-Lighthill-Païdoussis). In the literature this model has been validated for a structure very close to the cylinder bundle. Static studies performed on a cylinder in a bundle have shown a non-negligible influence of the extremities on the forces exerted by the fluid on the structure. The literature proposes few validation cases of the TLP model for more complex structures close to a fuel assembly. In order to evaluate the capacity of the model to describe the fluid forces exerted on a structure closer to a fuel assembly, a new test bench was designed and put into service. This test rig allows to laterally oscillate a cylinder bundle 5 x 5 with grids at each end in an axial flow. Force measurements at each grid give access to the resultant force of the structure. A numerical model completes this experimental approach and gives access to the distribution of forces in the structure. The forces obtained experimentally seem to indicate an important effect of the grids. The forces obtained from the simulations confirm the observations made on a bundle of cylinders and bring new elements on the distribution of the local forces as well as the influence of the extremities