Study of the initiation and the escalade phases of a vapour explosion

Étude de la phase d'initiation et d'escalade d'une explosion de vapeur

Julien Lamome (1, 2)

1 UJF - Université Joseph Fourier - Grenoble 1
2 IRSN/DSR/SAGR/BPHAG - Bureau de physique des accidents graves

The steam explosion triggering issue is discussed here by studying at the thermal fragmentation (small pressure perturbation) of a hot water droplet surrounded by a stable steam film. Fragmentation seems to be the consequence of local contacts between the droplet and the coolant. However, the exact mechanism altering the droplet following the above mentioned contacts is uncertain. After a study of the proportions in place, we realized a contact can fragment the droplet in a very short period of time. Therefore, we adopted an approach considering the contact as the explosion criteria. In order to validate this approach, we researched the explosion levels of the experimental variations based on the surrounding pressure and on the
coolant's temperature. The model found again the experimental variations, the levels were found again with some uncertainty. The contact is obtained by 2 mechanisms inducing liquid's proximity: a steam film global compression due to the disturbance and the amplification of the interface defaults between the coolant and the steam. It appears it is the mechanism of global compression that explains mostly the experimental variations. Following these results, we conducted model's extrapolations in order to come as close as possible of the conditions in which steam explosion can occur on an industrial scale (i.e. in the water pressured nuclear reactors).

Le problème de l'initiation de l'explosion de vapeur est abordé ici en étudiant la fragmentation thermique (faibles perturbations en pression) d'une goutte chaude entourée d'un film de vapeur stable. La fragmentation semble consécutive à des contacts locaux entre la goutte et le réfrigérant. Néanmoins, le mécanisme exact qui déforme la goutte suite à ces contacts est incertain. Après une étude des ordres de grandeur mis en jeu, nous nous apercevons qu'un contact peut fragmenter la goutte en un temps très bref. Nous adoptons alors une approche consistant à utiliser comme critère d'explosion la simple réalisation d'un contact. Afin de valider cette approche, nous cherchons à retrouver les variations expérimentales des seuils d'explosion en fonction de la pression ambiante et en fonction de la température du réfrigérant. Le modèle retrouve les variations expérimentales, les seuils sont retrouvés avec une certaine incertitude. Le contact est obtenu par deux mécanismes rapprochant les liquides : une compression globale du film de vapeur due à la perturbation et une amplification des défauts de l'interface entre le réfrigérant et la vapeur. Il est apparu que c'est le mécanisme de compression globale qui explique principalement les variations expérimentales. Suite à ces résultats, nous avons effectué des extrapolations du modèle afin de nous approcher des conditions dans lesquelles une explosion de vapeur peut se produire industriellement (c'est à dire dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée).

Mots clés: Vapour explosion; thermal fragmentation; Rayleigh Taylor's instabilities; Rayleigh's equations

Mots clés: choc thermique; Explosion de vapeur; fragmentation thermique; instabilités de Rayleigh Taylor; équation de Rayleigh; choc thermique.

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]

Julien Lamome. Étude de la phase d'initiation et d'escalade d'une explosion de vapeur. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : 2007GRE10127⟩. ⟨tel-00182232⟩