Qu’est-ce que le modèle de flux – Flux biphasé – Définition

Modèles de flux – Flux biphasé

L’un des aspects les plus difficiles de la gestion d’un écoulement diphasique ou multiphasé est le fait qu’il peut prendre de nombreuses formes différentes . Les distributions spatiales et les vitesses des phases liquide et vapeur dans le canal d’écoulement sont des aspects très importants dans de nombreuses branches techniques. Les pertes de charge, ainsi que les coefficients de transfert de chaleur, dépendent fortement de la structure de l’écoulement local et jouent donc un rôle important dans l’ingénierie des réacteurs nucléaires . Les structures d’écoulement observées sont définies en tant que modèles d’écoulement à deux phaseset ceux-ci ont des caractéristiques d’identification particulières. Ces différents modèles d’écoulement ont été classés en fonction de la direction de l’écoulement par rapport à l’accélération gravitationnelle.

• Profils d’écoulement dans les tubes verticaux
• Profils d’écoulement dans les tubes horizontaux

Les principaux régimes d’écoulement dans les tubes verticaux sont indiqués dans le tableau. Il faut noter que les valeurs de qualitéet de débit dépendent du fluide et de la pression. Dans les tubes horizontaux , il peut également y avoir un écoulement stratifié (en particulier à faible débit), auquel les deux phases se séparent sous l’effet de la gravité.

Pour un débit de liquide constant, la phase vapeur / gaz a tendance à être distribuée sous forme de petites bulles à de faibles débits de vapeur. L’augmentation de la fraction de vide provoque l’ agglomération de bulles en bouchons et en limaces plus gros . Une agglomération plus poussée des bouchons, causant une augmentation supplémentaire de la fraction de vide, provoque la séparation des phases en motifs annulaires dans lesquels le liquide se concentre au niveau de la paroi du canal et la vapeur s’écoule dans le noyau central du canal vertical.

Pour le canal horizontal , la force de gravité tend à drainer l’anneau liquide vers le bas du canal, ce qui entraîne un écoulement stratifié . La force gravitationnelle agissant sur la phase liquide peut être surmontée par des forces cinétiques à des débits élevés, entraînant le retour des flux stratifiés en flux annulaires. À des débits très élevés , le film annulaire est aminci par le cisaillement du noyau de vapeur et tout le liquide est entraîné sous forme de gouttelettes en phase vapeur. Ce régime de flux est généralement appelé flux de brouillard .

Voir également:  Recueil de données techniques III, Thome, JR, Wolverine Tube Inc, 2004.

Modèles d’écoulement pendant l’évaporation

La section précédente décrit divers modèles de flux et décrit brièvement leur comportement. Ces schémas d’écoulement étaient considérés comme à fraction de vide constante et à vitesses superficielles constantes . Mais il existe de nombreuses applications industrielles qui doivent prendre en compte une fraction de vide variable et des vitesses superficielles variables. Dans l’industrie nucléaire, nous devons gérer les schémas d’écoulement lors de l’ évaporation (c’est-à-dire lors des changements dans la fraction de vide ).

Une connaissance détaillée des changements de phase et du comportement de l’écoulement pendant le changement de phase est l’une des considérations les plus importantes dans la conception d’un réacteur nucléaire , en particulier dans les applications suivantes:

• BWR – Réacteurs à eau bouillante
  • Un réacteur à eau bouillante est refroidi et modéré par de l’eau comme un PWR, mais à une pression inférieure (7 MPa), ce qui permet à l’eau de bouillir à l’intérieur de l’ enceinte sous pression produisant la vapeur qui fait fonctionner les turbines. L’évaporation se produit donc directement dans les canaux de combustible. Par conséquent, les REB sont le meilleur exemple pour cette zone, car l’évaporation du liquide de refroidissement se produit en fonctionnement normal et c’est un phénomène très souhaité.
  • Dans les REB, il existe un phénomène de la plus haute importance pour la sûreté des réacteurs . Ce phénomène est connu sous le nom de «tarissement» et il est directement associé aux changements dans le schéma d’écoulement pendant l’évaporation. À la normale, la surface du carburant est efficacement refroidie par ébullition du liquide de refroidissement. Cependant, lorsque le flux de chaleur dépasse une valeur critique (CHF – flux de chaleur critique), le schéma d’écoulement peut atteindre les conditions de séchage (une mince couche de liquide disparaît). Le transfert de chaleur de la surface du carburant vers le liquide de refroidissement est détérioré, avec pour résultat une température de surface du carburant considérablement augmentée .
• PWR – Réacteurs à eau sous pression
  • Dans les REP en fonctionnement normal, le débit est considéré comme monophasé. Mais de nombreuses études ont été menées sur la nature des écoulements diphasiques en cas de transitoires et d’accidents (tels que l’ accident de perte de liquide de refroidissement – LOCA ou le déclenchement des RCP ), qui sont importants pour la sûreté des réacteurs et doit être prouvée et déclarée dans le rapport d’analyse de la sécurité (SAR). Dans le cas des REP, le phénomène problématique n’est pas l’assèchement. Dans le cas des REP, le flux critique est un flux annulaire inversé . Cet écoulement se produit lorsqu’une surface de revêtement de barre de combustible est surchauffée, ce qui provoque la formation d’une couche de vapeur locale, entraînant une réduction spectaculaire de la capacité de transfert de chaleur. Ce phénomène est connu comme le départ de l’ébullition nucléée – DNB . La différence de régime d’écoulement entre l’écoulement post-dessèchement et l’écoulement post-DNB est illustrée sur la figure.
  • Dans les REP, l’évaporation se produit également dans les générateurs de vapeur. Les générateurs de vapeur sont des échangeurs de chaleur utilisés pour convertir l’ eau d’alimentation en vapeur à partir de la chaleur produite dans un cœur de réacteur nucléaire . La vapeur produite entraîne la turbine.