Modélisation numérique d'un limiteur de débit en cuve de réacteur à eau pressurisée à l'aide d'une approche de type frontière immergée

Dans le cadre du développement de nouveaux systèmes passifs de sûreté pour les réacteurs nucléaires à eau pressurisée, les simulations numériques d’écoulements diphasiques turbulents autour de géométries complexes sont des outils privilégiés pour modéliser, évaluer et optimiser de nouvelles formes ou de nouveaux designs. Afin de satisfaire les exigences de l’industrie, les outils de mécanique des fluides numérique doivent être le plus rapide, robuste et précis possible. Les contraintes susmentionnées tendent à écarter une approche de type “bodyfitted”. Nous avons en effet choisi une approche de type domaine fictif pour traiter ce problème. Plus précisément, l’outil développé résout les équations de Navier-Stokes pour un mélange équivalent dilatable à l’aide d’un schéma de projection, d’une méthode de frontière immergée appelée penalized direct forcing adaptée à des obstacles infiniment fins et à une formulation éléments finis. Pour imposer des conditions limites immergées, deux variantes ont été étudiées : la première consiste à directement utiliser la vitesse de l’obstacle comme valeur Dirichlet et la seconde à interpoler linéairement le champ de vitesse en proche paroi. Plusieurs méthodes d’interpolation ont été développées. Deux autres problèmes clés, en simulation numérique, sont la vérification et la validation. Dans un premier temps, des cas tests académiques ont été utilisés pour mener des études de convergence. L’ordre 2 est atteint en espace lorsque l’interpolation linéaire est utilisée. Ensuite, des cas quasi-industriels (dont un en 3D) ont été utilisés pour démontrer la capacité de notre méthode à traiter des géométries complexesIn this thesis, we propose a new, robust and fast way of modeling flows in a kind of innovative nuclear passive safety systems composed of extremely thin motionless fins. Our approach consisted in adapting the penalized direct forcing immersed boundary method to a Finite Element (FE) formulation. This allowed us to use the FE basis to interpolate the velocity imposed by the in-flow obstacles in their vicinity. Thanks to this approach, we were able to model the flow around a system representative of a flow limiter and compare the results to previous preliminary studies. In the near future, we plan to use this approach to model other passive safety systems such as the advancedaccumulator. We also plan to add turbulence modeling and interpolate the velocity near the immersed boundary using turbulent power wall law