Le présent stage s’inscrit dans le contexte du développement du code de thermohydraulique CATHARE, permettant de réaliser des simulations d’écoulements monophasiques et diphasiques à l’échelle système et utilisé pour les études de sûreté des réacteurs nucléaires français, en fonctionnement normal et accidentel.

Lors d’un accident grave, comme dans le cas d’une brèche dans le circuit primaire, le cœur du réacteur, constitué d’assemblages de crayons combustibles, peut se retrouver dénoyé. Afin d’éviter sa fusion, de l’eau est alors réinjectée via un circuit de sécurité, conduisant à un écoulement diphasique ascendant complexe, couplant de nombreux phénomènes physiques.

Ce processus dit de renoyage des crayons combustibles, et ses conséquences, sont pris en compte dans CATHARE par l’intermédiaire d’un modèle spécifique, validé sur la base de données expérimentales. Parmi les différentes voies d’amélioration de ce modèle de renoyage, il y a notamment l’amélioration de la prédiction du diamètre des gouttelettes d’eau formées dans la phase gaz. Celui-ci est directement impacté par les phénomènes de coalescence, fractionnement et changement de phase.

L’objectif du présent stage est d’étudier le fractionnement aérodynamique d’une goutte unique en conditions de renoyage, afin de mieux caractériser son impact sur l’évolution du diamètre. L’étude sera réalisée au moyen de simulations numériques directes (direct numerical simulations ou DNS, en anglais), à l’aide du code TrioCFD, également développé par le CEA, permettant de réaliser des simulations d’écoulements monophasiques et diphasiques à l’échelle locale.

Un stage a déjà été réalisé sur ce sujet en 2024. Celui-ci a permis la mise en place d’une première modélisation TrioCFD et l’obtention de premiers résultats, qui sont à consolider. Les étapes envisagées pour 2025 sont les suivantes :

• Prise en main du sujet, des résultats du stage précédent et du code TrioCFD ;
• Nouvelle validation de l’algorithme de fractionnement sur la base de la littérature ;
• Reprise et amélioration du jeu de données du stage précédent (dont post-traitement) ;
• Etude de la convergence en maillage ;
• Définition d’un plan d’expériences numériques ;
• Réalisation et analyse physique des calculs ;
• Elaboration d’un modèle sur le diamètre ou une autre quantité pertinente à définir ;
• Rédaction d’un rapport de synthèse.

Compétences : mécanique des fluides, simulation numérique. Des connaissances en programmation informatique (Python et/ou C++) et sur les différentes échelles de modélisation en thermohydraulique (DNS, CFD, système) seraient un plus.