Certains réacteurs nucléaires futurs seront dotés de système passifs qui doivent, en situation accidentelle, permettre d'évacuer la puissance résiduelle pendant plusieurs jours sans intervention humaine.
Dans le cadre des systèmes de type enceintes immergées, la décharge de vapeur en accident devra être évacuée passivement à l'intérieur de l'enceinte refroidie par l'extérieur. Dans le cadre des condenseurs vapeurs de type SACO (Safety Condenser), la condensation a lieu en milieu confiné (e.g. tube) où la présence d'incondensables peut significativement altérer le fonctionnement du système passif.
La connaissance de la phénoménologie à l'échelle locale (en proche paroi) ou en milieu confiné (type SACO) est limitée. On retrouve beaucoup d'expériences intégrales mais assez peu d'essais sur des installations analytiques à effets séparés.

Objectifs, en lien avec le projet PASTIS (https://research-assessment.asnr.fr/research/pastis-project)

• Mettre en œuvre l'installation expérimentale KoKoChannel et de son instrumentation avancée (Fluxmètre, PIV, LIF...)
• Apporter une connaissance approfondie de l'impact des incondensables sur la condensation de vapeur, avec une focalisation sur les évènements en proche paroi
• Etudier l'impact de la turbulence et de l'ajout de structures turbulentes sur les transferts de chaleur et de masse en présence d'incondensables. Les structures turbulentes seront maitrisées et porteront un intérêt d'un point de vue des applications nucléaires

1/ Travaux-méthodes

Des mesures optiques innovantes seront mises en place afin d'obtenir des informations précises de l'écoulement (utilisables par les codes de calculs CFD). Les mesures prévues à ce jour sont :

• PIV en phase vapeur pour la caractérisation des champs de vitesse/de la turbulence
• Mesure par ombroscopie pour la caractérisation du film de condensation
• Mesures combinées (PIV/ombroscopie ou PIV/LIF) sur le même champ de vision en simultané
• Etude de la faisabilité de l'utilisation de Fluorescence Induite par Laser (LIF) pour des mesures de champ de température et ou de concentration
• Mesure de température par fibre optique
• En complément, l'utilisation d'instrumentation plus classique devra permettre la réalisation de bilans d'énergie intégraux

2/ Calendrier

• 2026-2027 : enclenchement de la thèse (octobre), mise en œuvre des essais instrumentés, rôle des incondensables sur un écoulement de référence
• 2027-2028 : essais expérimentaux, rôle et modulation de la turbulence
• 2028-2029 : essais complémentaires, rédaction du manuscrit et sountenance

3/ Publications de référence

• [1] ASNR, programme PASTIS, https://recherche-expertise.asnr.fr/recherche/programme-pastis.
• [2] Yeong-Ju et al., Experimental Study of Condensation Heat Transfer in the presence of noncondensable gas on the vertical tube, NURETH-16, 2015
• [3] S.A. Albdour, Steam condensation heat transfer in the presence of non condensable Gases in Nuclear Power Plants : A comprehensive review of fundenmentals, current status, and prospects for future research, International Journal of Energy Research, 2024.
• [4] H. Al-Diwany and J. Rose, Free convection film condensation of steam in presence of non-condensing gases, International Journal of Heat and Mass Transfer, 13, 1973.
• [5] S. Ferrari and L. Rossi, Particle tracking velocimetry and accelerometry (PTVA) measurements applied to quasi-two-dimensional multi-scale flows, Experiments in Fluids 44, 2008.
• [6] T. Naudin, D. Tarlet, R. Calabria, P. Massoli and J. Bellettre. Planar 2 Colors-LIF technique applied to temperature measurements within hydrocarbon droplets. 32nd European Conference on Liquid Atomization & Spray Systems (ILASS Europe 2023)

Ingénieur(e) ou Master(e) en thermo-hydraulique/sciences du nucléaire désireux(se) de faire un doctorat en thermo-hydraulique

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