Development of a method for measuring liquid velocity and temperature fields in two-phase boiling flow under reactor or simulating conditions

Développement d'une méthode de mesure des champs de vitesse et de température liquide en écoulement diphasique bouillant en conditions réacteurs ou simulantes

Michel Kledy (1)

1 LEGI - Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels [Grenoble]

This study is a contribution to the comprehension of high pressure boiling flows relative to PWR.The first part exposes a two-dimensional unsteady state model in order to predict the development of a boiling flow in a circular pipe. The local mixture balanced equations are used with a relaxation model to close the vapor production rate (local homogeneous relaxation model). The results obtained from the comparison with the data bank DEBORA reveal a good qualitative agreement. Nerveless, the model is currently unable to correctly describe radial transports of turbulence and vapor fraction from the heated wall to the center of the pipe.The second part deals with the use of hot wire anemometry in experimental loop DEBORA to provide radial distributions of mean liquid velocity, mean liquid temperature and void fraction in a boiling flow. Classical hot wire probes are used (DANTEC@ hot film and hot wire probes) and are driven at different overheats using a constant current anemometer. Some measurements are first performed in single phase heated flows. Then, a phase identification procedure is developed, and some boiling flow measurements are obtained and compared with the model.

Ce travail de thèse constitue une contribution à la caractérisation des écoulements diphasiques bouillants convectifs à haute pression rencontrés dans les réacteurs à eau sous pression (REP) ou dans des conditions simulantes.La première partie présente un modèle bi-dimensionnel permettant de décrire le développement d'un écoulement bouillant dans une conduite circulaire (régime à bulle). La modélisation proposée est basée sur les équations locales stationnaires du mélange homogène fermées à l'aide d'un modèle de relaxation thermodynamique. Une confrontation des résultats avec les données expérimentales issues de la banque de donnée DEBORA a ensuite montré que si le modèle était capable de rendre compte de manière satisfaisante des résultats expérimentaux, les mécanismes de transport radiaux de la turbulence ainsi que de la vapeur étaient encore mal modélisés.La seconde partie de l'étude traite du développement de la thermo-anémométrie dans l'installation expérimentale DEBORA, afin de mesurer de manière colocalisée les champs de vitesse et de température liquide ainsi que le taux de vide en écoulement diphasique bouillant. La procédure expérimentale repose sur l'utilisation de sondes anémométriques classiques (sonde à film DANTEC@ 70 µm de diamètre, sonde à fil 2.5µm de 2.5 de diamètre) fonctionnant successivement à différentes surchauffes et pilotées à l'aide d'un anémomètre à courant constant. Des mesures ont d'abord été réalisées en écoulement monophasique chauffé, puis une procédure de discrimination phasique a été développée et a permis de fournir des premières mesures en écoulement bouillant. Ces dernières ont alors été comparées aux résultats du modèle.

Mots clés: Convective boiling flows; High pressure; Hot wire anemometry; Homogeneous model; Anemometry

Mots clés: Écoulements bouillants convectifs; Haute pression; Anénométrie thermique; Modele homogène

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Michel Kledy. Développement d'une méthode de mesure des champs de vitesse et de température liquide en écoulement diphasique bouillant en conditions réacteurs ou simulantes. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. ⟨NNT : 2018GREAI035⟩. ⟨tel-02905447⟩