Study of the destruction of a solid structure by a hot liquid jet
Étude du comportement d’ablation d’une structure solide par un jet liquide chaud
Résumé
Safety studies for fast neutron reactors with sodium led to the development of mitigation systems for severe accidents. During a hypothetical severe accident, at least part of the reactor's core melts, leading to the formation of corium. The corium has to be relocated to prevent any criticality problems. Therefore, transfer tubes were integrated to the design of the core to relocate the corium from the core to a core-catcher. A jet of corium exits the transfer tubes and spreads on the core-catcher, allowing a better cooling of the corium. However, thermal ablation of the core-catcher will occur as the temperature of the corium is very high (~ 2000 - 3000 K). Thus, the core-catcher has to be dimensioned to prevent any breach due to the ablation. Experiments were performed during a previous thesis to improve understanding of the phenomenon of ablation by a free-surface jet, with a bench called HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). New results were obtained in the present work to address additional phenomenologies. For instance, the ablation of a solid by an immersed jet was studied. This is another situation that could occur in the real case. The effect of the roughness of the impacted solid was also addressed, and it was shown that taking roughness into account is important to design the core-catcher. All these results were used to validate a CFD code. In particular, the ablation result obtained through the numerical simulations were very similar to the experimental results for the immersed jet case. The simulations and experiments will be completed in the future to numerically treat the ablation of a metallic solid by a corium jet under reactor conditions.
Les études de sureté pour les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) ont donné lieu au développement de nouveaux systèmes de mitigation des accidents graves. Lors d'un scénario d'accident grave, une partie plus ou moins importante du cœur du réacteur entre en fusion, formant du corium. Ce corium doit être évacué du cœur afin d'éviter des problèmes de criticité. Des tubes de déchargement ("DCS-M-TT") ont donc été intégrés au design des RNR-Na, afin de transférer le cœur fondu vers un récupérateur de corium. En sortant des tubes de déchargement, le corium forme un jet et s'étale sur le récupérateur ce qui permet de le refroidir plus efficacement. Le jet de corium en sortie des tubes de déchargement étant extrêmement chaud (~ 2000 - 3000 K) lorsqu'il impacte le récupérateur, il peut provoquer son ablation thermique. Il faut donc dimensionner le récupérateur pour qu'il ne soit pas percé par le jet. Des expériences ont été réalisées dans une précédente thèse pour améliorer la compréhension du phénomène d'ablation par un jet à surface libre, avec l'installation HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). De nouveaux résultats ont également été obtenus pour traiter des phénoménologies plus variées dans cette thèse. Ainsi, on s'est intéressé à l'ablation d'un solide par un jet immergé, problème qui présente une phénoménologie différente de celle du cas étudié précédemment. L'effet de la rugosité du solide impacté a également été traité et il a été mis en évidence que la prise en compte de la rugosité est importante pour le dimensionnement du récupérateur. L'ensemble de ces résultats ont été utilisés pour valider un code CFD. Les simulations numériques ont notamment permis d'obtenir des résultats d'ablation très similaires aux résultats expérimentaux pour le cas du jet immergé. Les simulations et expériences devront être complétées à l'avenir pour permettre de traiter numériquement l'ablation d'un solide par un jet de corium dans les conditions du réacteur.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)