OATAO - Open Archive Toulouse Archive Ouverte Open Access Week

Étude expérimentale des transferts thermiques en ébullition transitoire

Visentini, Roberta. Étude expérimentale des transferts thermiques en ébullition transitoire. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2012

[img]
Preview
(Document in French)

PDF - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
9MB
[img]
Preview
(Document in French)

PDF - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
7MB

Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00002037/

Abstract

L’ébullition est présente dans la vie de tous les jours et elle a été par conséquent le sujet de beaucoup d’études, mais pour la plupart en régimes stationnaires. Néanmoins, l’intérêt de connaître les caractéristiques de l’ébullition transitoire est aussi important notamment pour la prévention des accidents nucléaires majeurs. C’est justement dans l’optique de mieux comprendre les phénomènes d’ébullition qui se produisent lors d’un RIA (Accident d’Insertion de Réactivité) que cette thèse a été financée par l’IRSN. Le RIA est un accident qui peut résulter d’une défaillance du mécanisme de la grappe contrôlant la réaction nucléaire. La réaction s’emballe pendant quelques dizaines de millisecondes (pulse de puissance) provoquant une augmentation rapide de la température du crayon de combustible et donc l’évaporation du liquide qui l’entoure. Des tests ont été faits par le passé soit sur des crayons de combustibles, soit sur des tubes chauffés ayant les mêmes dimensions qu’un crayon, afin d’améliorer la connaissance de ce phénomène. Par contre, les mesures étaient entachées d’incertitudes importantes, dues à des techniques de mesure non appropriées à des phénomènes si rapides. L’objectif de ce travail a été de concevoir et mettre en place une expérience capable de simuler un RIA à petite échelle, pour mieux comprendre les caractéristiques de l’ébullition lorsque la paroi monte en température très rapidement. De plus, ce dispositif expérimental devait être apte à étudier des montées en température moins violentes pour améliorer la connaissance de l’ébullition transitoire en général. Cette expérience a été conçue à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Elle est constituée d’une feuille métallique d’acier de 50µm d’épaisseur, formée en demi cylindre (8mm de diamètre et 200mm de longueur) et chauffée par effet Joule. Elle est entourée par du fluide réfrigérant HFE7000, qui permet de travailler en similitude par rapport au cas réel en eau. Le fluide est confiné par un deuxième demi cylindre en verre, ayant 34mm de diamètre. Les expériences peuvent être en vase ou avec écoulement, écoulement qui a été caractérisé par des mesures PIV. Plusieurs débits peuvent donc être employés et le sous-refroidissement du liquide est aussi ajustable. L’emploi d’une alimentation pilotable et très flexible permet d’obtenir des chauffages du métal jusqu’à 2500K/s, mais aussi des montées en température plus faibles, pour tracer des courbes d’ébullition stationnaires ou faiblement transitoires. La température de la paroi est mesurée grâce à une caméra infrarouge, couplée à des visualisations rapides et à des mesures de pression et température dans le liquide. En outre, la puissance injectée est connue grâce à des mesures de tension et courant électrique, grâce auxquelles le flux passé de la feuille vers le liquide est connu. Des considérations sur les différents régimes d’ébullition résultent de ce travail. Les échanges monophasiques se font par conduction et convection couplées, même quand la montée en température est très rapide. Le déclenchement d’ébullition s’effectue pour un certain seuil d’énergie passée dans le fluide et on peut identifier une surchauffe limite, qui correspond à l’activation des sites de nucléation les plus petits. Quand on est en transitoire rapide, c’est-à-dire pour des tests de 0.1/0.5sec où l’on atteint les 200°C de température de paroi, il semble que l’on passe toujours par une phase d’ébullition nucléée. Les données pour l’ébullition nucléée en conditions stationnaires sont bien représentées par les corrélations de la littérature. Les expériences en régime transitoires montrent des flux plus élevés qu’en régime stationnaire, tendance aussi confirmée par la littérature dans tous les régimes d’ébullition : ébullition nucléée, flux critique et ébullition en film. L’expérience mise en place permet donc d’étudier au moyen de mesures thermiques précises et de visualisations, les différents régimes d’ébullition, avec des montées en température variables. Des premières modélisations sont également proposées.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Colin, Catherine
Statistics:download
Deposited By: admin admin
Deposited On:29 Jan 2013 22:58

Repository Staff Only: item control page