Transfert de chaleur en génie nucléaire – Application
Le transfert de chaleur est couramment rencontré dans les systèmes d’ingénierie et d’autres aspects de la vie, et il n’est pas nécessaire d’aller très loin pour voir certains domaines d’application du transfert de chaleur.
Une connaissance détaillée des mécanismes de transfert de chaleur est également essentielle pour les ingénieurs de réacteur ainsi que pour tous les autres ingénieurs. Une centrale nucléaire (centrale nucléaire) ressemble à une centrale thermique standard à une exception près. La source de chaleur dans la centrale nucléaire est un réacteur nucléaire . Comme il est typique dans toutes les centrales thermiques conventionnelles, la chaleur est utilisée pour générer de la vapeur qui entraîne une turbine à vapeur connectée à un générateur qui produit de l’électricité. Mais dans les centrales nucléaires, les réacteurs produisent une énorme quantité de chaleur (énergie) dans un faible volume. La densité de la production d’énergie est très grande , ce qui impose des exigences à son système de transfert de chaleur (système de refroidissement du réacteur). Par conséquent, nous devons commencer par la génération de chaleur du réacteur et son évacuation du réacteur.
Pour qu’un réacteur fonctionne en régime permanent, toute la chaleur dégagée dans le système doit être évacuée aussi rapidement qu’elle est produite . Ceci est accompli en faisant passer un liquide de refroidissement liquide ou gazeux à travers le noyau et à travers d’autres régions où de la chaleur est générée. Le transfert de chaleur doit être égal ou supérieur au taux de génération de chaleur ou à une surchauffe, sans quoi le carburant pourrait être endommagé. La nature et le fonctionnement de ce système de refroidissement constituent l’une des considérations les plus importantes dans la conception d’un réacteur nucléaire.
Il convient de noter que, d’un point de vue strictement nucléaire, il n’existe théoriquement aucune limite supérieure à la puissance thermique du réacteur, qui peut être atteinte par tout réacteur critique ayant un excès de réactivité suffisant pour surmonter ses rétroactions négatives de température. Dans chaque réacteur nucléaire , il existe une proportionnalité directe entre le flux de neutrons et la puissance thermique du réacteur . Le terme puissance thermique est généralement utilisé car il désigne la vitesse à laquelle de la chaleur est produite dans le cœur du réacteur à la suite de fissions dans le combustible. De plus, pendant une courte période, un réacteur critique n’a pas besoin d’avoir un excès de réactivité élevé, comme dans le cas d’excursions rapides de la réactivité.
En bref, presque tous les réacteurs sont capables de dépasser la capacité d’élimination thermique de son système de refroidissement. Au-delà de ce point, le carburant chaufferait et pourrait atteindre des températures très élevées. Cette situation doit être évitée par l’exploitant du réacteur et par les systèmes de sécurité du réacteur. Il est essentiel de maintenir l’ équilibre entre le taux de récupération de chaleur et le dégagement de chaleur afin d’éviter que ces températures ne provoquent une défaillance du combustible ou d’autres matériaux de structure. En génie des réacteurs, la thermohydraulique des réacteurs nucléaires décrit l’effort impliquant le couplage du transfert de chaleur et de la dynamique des fluides pour atteindre le taux d’élimination de chaleur souhaité du cœur dans des conditions de fonctionnement normales et accidentelles.