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Qu’est-ce que l’ébullition dans un réacteur nucléaire – Définition

Ébullition dans un réacteur nucléaire. Dans les REB, l’ébullition du liquide de refroidissement se produit en fonctionnement normal et constitue un phénomène très souhaité. Pour les REP en fonctionnement normal, une ébullition nucléée peut également se produire. Génie thermique

Ébullition dans les réacteurs nucléaires

Ébullition dans les REB

Dans les REB, l’ ébullition du liquide de refroidissement se produit en fonctionnement normal et constitue un phénomène très souhaité. Les qualités d’écoulement typiques dans les noyaux de REB sont de l’ordre de 10 à 20%. Un réacteur à eau bouillante est refroidi et modéré par de l’eau, comme un REP, mais à une pression plus basse (7 MPa), ce qui permet à l’eau de bouillir à l’intérieur du récipient sous pression produisant la vapeur qui fait fonctionner les turbines. L’évaporation se produit donc directement dans les canaux de carburant. Par conséquent, les REB sont le meilleur exemple pour cette région, car l’évaporation du liquide de refroidissement se produit en fonctionnement normal et constitue un phénomène très souhaité.

Dans les REB, il existe un phénomène de la plus haute importance pour la sécurité des réacteurs . Ce phénomène est appelé «assèchement» et il est directement associé aux changements de modèle d’écoulement lors de l’évaporation dans la région de haute qualité. En temps normal, la surface du carburant est efficacement refroidie par ébullition du liquide de refroidissement. Toutefois, lorsque le flux de chaleur dépasse une valeur critique (CHF – flux de chaleur critique), le flux peut atteindre les conditions d’assèchement (une fine pellicule de liquide disparaît). Le transfert de chaleur de la surface du carburant dans le liquide de refroidissement est détérioré, ce qui entraîne une augmentation considérable de la température de surface du carburant .

Ébullition dans les REP

Bien que les conceptions de noyau les plus anciennes supposaient que l’ébullition en surface ne pouvait pas être autorisée dans les REP , cette hypothèse a été rapidement rejetée et le transfert de chaleur en deux phases est maintenant l’un des mécanismes de transfert de chaleur en fonctionnement normal également dans les REP. Pour les REP en fonctionnement normal, il y a une eau liquide comprimée à l’ intérieur du cœur du réacteur, des boucles et des générateurs de vapeur. La pression est maintenue à environ 16 MPa . À cette pression, l’eau bout à environ 350 ° C (662 ° F). Comme cela a été calculé dans l’exemple , la température de surface T Zr, 1 = 325 ° C garantit que même une ébullition sous-refroidie ne se produit. Notez que, l’ébullition sous-refroidie nécessite T Zr, 1 = T sat. Étant donné que les températures d’entrée de l’eau sont généralement d’environ 290 ° C (554 ° F), il est évident que cet exemple correspond à la partie inférieure du noyau. À des altitudes plus élevées du noyau, la température globale peut atteindre 330 ° C. La différence de température de 29 ° C provoque l’ébullition sous-refroidie (330 ° C + 29 ° C> 350 ° C). D’autre part, une ébullition nucléée à la surface perturbe efficacement la couche stagnante et par conséquent, une ébullition nucléée augmente considérablement la capacité d’une surface à transférer de l’énergie thermique à un fluide en vrac. En conséquence, le coefficient de transfert de chaleur par convection augmente de manière significative et par conséquent, à des altitudes plus élevées, la différence de température (T Zr, 1 – T en vrac ) diminue de manière significative.

Dans le cas des REP , le problème de sécurité critique est appelé DNB ( départ de l’ébullition nucléée ), ce qui provoque la formation d’une couche de vapeur locale , entraînant une réduction considérable de la capacité de transfert de chaleur. Ce phénomène se produit dans la région sous-refroidie ou de mauvaise qualité. Le comportement de la crise d’ébullition dépend de nombreuses conditions d’écoulement (pression, température, débit), mais la crise d’ébullition se produit à des flux de chaleur relativement importants et semble être associée au nuage de bulles, adjacent à la surface. Ces bulles ou pellicules de vapeur réduisent la quantité d’eau entrante. Ce phénomène détériorant le coefficient de transfert de chaleur et le flux de chaleur restant, la chaleur s’accumuledans la barre de combustible provoquant une augmentation spectaculaire de la gaine et de la température du carburant .

Saturation en pressuriseur

Propriétés thermodynamiques extensives et intensives
Propriétés étendues et intensives du milieu dans le pressuriseur.

Un  pressuriseur  est un composant d’un  réacteur à eau sous pression . La pression dans le circuit primaire  des REP est maintenue par un  pressuriseur , un récipient séparé qui est connecté au circuit primaire (jambe chaude) et partiellement rempli d’eau qui est chauffée à la  température de saturation  (point d’ébullition) pour la pression désirée par une alimentation électrique immergée  radiateurs. La température dans le pressuriseur peut être maintenue à 350 ° C (662 ° F), ce qui donne une marge de sous-refroidissement (la différence entre la température du pressuriseur et la température la plus élevée dans le cœur du réacteur) de 30 ° C. La marge de sous-refroidissement est un paramètre de sécurité très important des REP, car l’ébullition dans le cœur du réacteur doit être exclue. La conception de base du  réacteur à eau sous pression  comprend une telle exigence que le liquide de refroidissement (eau) dans le système de refroidissement du réacteur ne doit pas bouillir. Pour ce faire, le liquide de refroidissement dans le système de refroidissement du réacteur est maintenu à une pression suffisamment élevée pour que l’ébullition ne se produise pas aux températures de refroidissement rencontrées pendant le fonctionnement de l’installation ou dans un transitoire analysé.

Les fonctions

La pression  dans le pressuriseur est contrôlée en faisant varier la température du liquide de refroidissement dans le pressuriseur. À ces fins, deux systèmes sont installés. Système de pulvérisation d’eau  et  système de radiateurs électriques . Le volume du pressuriseur (dizaines de mètres cubes) est rempli d’eau sur les paramètres de saturation et de vapeur. Le système de pulvérisation d’eau (eau relativement froide – provenant d’une jambe froide) peut réduire la pression dans le récipient en  condensant la vapeur  sur les gouttelettes d’eau pulvérisées dans le récipient. D’autre part, les radiateurs électriques immergés sont conçus pour augmenter la pression par  évaporation de l’eau  dans le récipient. La pression de l’eau dans un système fermé suit directement la température de l’eau; à mesure que la température augmente, la pression augmente.

Faire bouillir dans le générateur de vapeur

Générateur de vapeur - vertical
Générateur de vapeur – vertical

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. Ils sont utilisés dans la plupart des centrales nucléaires, mais il en existe de nombreux types selon le  type de réacteur .

Le liquide de refroidissement primaire chaud ( eau 330 ° C; 626 ° F; 16 MPa ) est pompé dans  le générateur de vapeur  par l’entrée primaire. Une haute pression de liquide de refroidissement primaire est utilisée pour maintenir l’eau à l’état liquide. L’ébullition du liquide de refroidissement primaire ne doit pas se produire.  L’eau liquide s’écoule à travers des centaines ou des milliers de tubes (généralement 1,9 cm de diamètre) à l’intérieur du générateur de vapeur. L’eau d’alimentation (circuit secondaire) est chauffée de  ~ 260 ° C 500 ° F  au point d’ébullition de ce fluide  (280 ° C; 536 ° F; 6,5 MPa) . La chaleur est transférée à travers les parois de ces tubes vers le liquide de refroidissement secondaire à basse pression situé sur le côté secondaire de l’échangeur où le liquide de refroidissement s’évapore en vapeur sous pression (vapeur saturée 280 ° C; 536 ° F; 6,5 MPa) . La vapeur sous pression quitte le générateur de vapeur par une sortie de vapeur et continue vers la turbine à vapeur. Le transfert de chaleur se fait sans mélanger les deux fluides pour éviter que le fluide caloporteur secondaire ne devienne radioactif. Le liquide de refroidissement primaire quitte  (eau 295 ° C; 563 ° F; 16 MPa)  le générateur de vapeur par la sortie primaire et continue à travers une jambe froide jusqu’à  une pompe de refroidissement du réacteur  , puis dans le réacteur.

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci