Thibault Beltzung soutient sa thèse intitulée « Simulation et modélisation des interactions fluide-structure en écoulements diphasiques », dirigée par Christophe Chalons, le 25 octobre 2019 à 14h00 au CEA Saclay à Gif-sur-Yvette.
Résumé : Les générateurs de vapeur (GV) sont l’un des composants majeurs des réacteurs nucléaires, et une connaissance approfondie de leur comportement constitue un enjeu industriel important aussi bien pour le concepteur AREVA-NP que pour l’exploitant EDF. Une des problématiques rencontrées pour le dimensionnement des GV concerne la vibration des tubes induite par l’écoulement, ce qui nécessite une évaluation raisonnable de la réponse des tubes à l’excitation générée par l’écoulement. La zone identifiée comme la plus critique est la région en U (partie haute du GV) où l’écoulement est diphasique avec un fort taux de vide et interagit plutôt transversalement avec les tubes. Afin d’évaluer les excitations générées sur les tubes par les fluctuations inhérentes à l’écoulement, les paramètres physiques pertinents doivent être identifiés. Pour les écoulements monophasiques, il semble possible de relier les efforts sur les structures tubulaires au niveau de turbulence de l’écoulement à la fois en utilisant des méthodes de réduction des données expérimentales mais également en utilisant des méthodes de simulations numériques. Pour les écoulements diphasiques, les forces induites sur les tubes par l’écoulement ont a priori une autre origine et seraient plutôt liées aux contributions dynamiques de chaque phase ainsi qu’aux transferts interfaciaux. Néanmoins, les paramètres physiques pertinents qui permettent de prévoir l’amplitude de ces forces restent largement débattus (taux de vide, régime d’écoulement, etc.) et les mécanismes physiques mal compris. Pour étudier ces instabilités vibratoires lorsque l’écoulement est diphasique, un certain nombre d’expériences analytiques ont été et continuent à être menées au CEA. Ces expériences analytiques portent sur un tube isolé ou en faisceau, rigide ou flexible, et sur une large gamme de régimes d’écoulement (maquettes AMOVI et DIVA du CEA). Leur objectif est de caractériser ces instabilités vibratoires (mesure des forces exercées sur l’obstacle) en fonction de paramètres globaux de l’écoulement (débit gaz, débit liquide, taux de vide ”moyen”, etc.) mais aussi de certains paramètres locaux (taux de vide local, taille des bulles, vitesse gaz, etc.). Ces paramètres mesurés ou estimés localement sont ceux qui permettent d’obtenir les adimensionnements les plus pertinents à la fois sur les forces d’excitations aléatoires (spectres d’excitation en diphasique sur tube rigide) et sur les forces de couplage fluide-élastiques (tube flexible seul puis en faisceau). Il reste néanmoins une bande de dispersion sur les résultats obtenus, les mécanismes physiques sont mal compris et ces adimensionnements restent tributaires du choix de la localisation des mesures.
L’objectif de la thèse est donc de mettre en oeuvre des simulations numériques avec suivi d’interface dans des configurations proches de celles des expériences analytiques menées au CEA afin d’approfondir l’analyse des phénomènes conduisant aux vibrations des tubes de GV.