Etude de la mobilisation d`aérosols par flashage de jet liquide

Etude de la mobilisation d’aérosols par flashage de jet liquide : application à la problématique des
poussières au cours d’une perte de vide par entrée d’eau dans l’installation ITER
Dans le cadre de la construction du réacteur de fusion ITER, l’Institut de Radioprotection et de Sûreté
Nucléaire (IRSN) doit disposer de connaissances pour évaluer les conséquences de différents scénarios
d'accidents qui peuvent conduire à l’endommagement de la chambre à vide, suite notamment à une explosion
de poussières ou d’hydrogène. Ainsi, pour évaluer la quantité de poussières mobilisable dans la chambre à vide
du tokamak (dont dépend la quantité d’hydrogène pouvant-être produite), lors d’un scénario de perte de vide
par entrée d’eau provenant du circuit de refroidissement des parois (ICE, Ingress of Coolant Event), il est
nécessaire de comprendre les mécanismes de mise en suspension et de distribution de particules par un
écoulement résultant du flashage d’un jet liquide. Lors du flashage de l’eau de refroidissement injectée à une
température supérieure à sa température d’ébullition aux conditions de pression dans la chambre à vide, les
phénomènes d’atomisation de la phase liquide sont dominés par les mécanismes de fragmentation thermique
tels que la germination et la croissance de bulles, la vaporisation de gouttes, auxquels peuvent s’ajouter les
mécanismes de fragmentation mécanique. Dans ces conditions particulières, on attend un couplage entre les
mécanismes classiques de mise en suspension aéraulique et d’autres mécanismes liés à l’interaction
gouttes/particules dont la phénoménologie reste à être investiguée pour des conditions représentatives de
celles d’ITER (vide, température). Le premier axe des travaux de thèse concerne l’étude analytique des
phénomènes pilotant la dispersion de la phase liquide par fragmentation thermique ainsi que l’interaction avec
des particules solides. Cette étude sera abordée via la mise au point d’expériences analytiques permettant de
caractériser finement la structure du jet diphasique à l’aide de moyens de diagnostics optiques résolus dans le
temps (PIV rapide). Le second axe concerne l’étude de la distribution des poussières dans une enceinte sous
vide, suite à l’interaction entre la phase liquide dispersée et les particules. Les phénomènes mis en jeu, tels
que le piégeage de particules par les gouttes et le relargage d’aérosols, seront investigués à partir des
enseignements tirés du premier axe relatif à la fragmentation thermique. L’approche expérimentale sera
réalisée à une échelle macroscopique dans l’installation TOSQAN* de l’IRSN Saclay qui permet de reproduire et
de caractériser en détail des écoulements multiphasiques composés d’aérosols, de gouttes et de vapeur d’eau,
ceci pour des conditions de vide primaire et de température. Il s’agit donc d’améliorer les connaissances sur la
mobilisation de particules par un jet diphasique, via une analyse phénoménologique issue d’expériences
analytiques ou semi analytiques, de proposer des modèles qui pourraient être implantés dans des codes CFD
utilisés à l’IRSN et de contribuer à la validation de modèles plus opérationnels, afin d’accroître la pertinence
de la prédictivité du terme source particulaire mis en suspension et distribué dans l’enceinte au cours d’un ICE.
Contact: Emmanuel Porcheron – [email protected] – Phone. +33 1 69 08 50 72
Profil recherché : MASTER 2 ou école d’ingénieur en mécanique des fluides & énergétique
Expériences & compétences souhaitées : expérimentation en mécanique des fluides, diagnostics optiques,
physique des aérosols, atomisation des jets liquides
Lieu : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, centre de Saclay (CEA), France
Rémunération mensuelle : ~1600 € Net
Date limite de candidature : juin 2016
Début de la thèse : octobre / novembre 2016
*http://www.irsn.fr/FR/Larecherche/outils-scientifiques/installations-moyensexperimentaux/tosqan/Pages/Installation-Tosqan.aspx#.VmgsXaPLSUk