Validation physique du modèle Neptune diphasique : plan de validation à adopter, programmes expérimentaux à installer et techniques associées d'instrumentation développées

Abstract

The NEPTUNE Project constitutes the Thermal-Hydraulics part of a long-term joint development program for the next generation of nuclear reactors simulation tools. The physical validation of the involved modelling embedded in this new two-phase flow software platform is a crucial issue. After explaining the general validation strategy to be adopted, a four-step generic work approach has been defined; it includes:

(i) a thorough analysis of the concerned industrial applications to identify the key physical phenomena involved and associated dominant basic models,

(ii) an assessment of these models against the available validation pieces of information, to specify the additional validation needs and define dedicated validation plans,

(iii) an inventory and assessment of existing validation data (with respect to the requirements specified in the previous step) to identify the actual needs for new validation data,

(iv) the specification of the new experimental programs to be set up to provide the needed new data.

This work approach has resulted in the definition of

(i) the validation plan and experimental programs to be set up for the open medium 3D CFD modelling, successively in close connection with the in-PWR core DNB and PTS applications, and

(ii) high priority experimental programs, with respect to porous medium multi-field and interfacial area transport, in connection with LB-LOCA application. These experimental programs will require the use of specific instrumentation to provide local characteristics of both liquid and vapor phases, such as local void fraction, local interfacial area concentration and local liquid velocity. To fulfill these needs, some measurement techniques have been developed/enhanced and assessed.

Un programme à long terme de développement commun d’outils de simulation pour la prochaine génération de réacteurs nucléaires a été lancé en 2001 par EDF (Electricité De France) et CEA (Commissariat à l'Energie Atomique). Le projet NEPTUNE constitue la partie thermo-hydraulique de ce programme complet. Naturellement, dans le développement de cette nouvelle plateforme de logiciel d'écoulement diphasique, la validation de la modélisation physique impliquée est une question cruciale,quelle que soit l’échelle , et l’article traite de ce sujet. Après un bref rappel sur la plateforme NEPTUNE, la stratégie générale de validation à adopter est tout d’abord éclairée par trois caractères majeurs:

(i) validation physique en connexion étroite avec les applications industrielles intéressées,

(ii) impliquer (autant que possible) un processus en deux étapes se concentrant successivement sur des modèles dominants séparés et l'évaluation des possibilités de modelisation globale,

(iii) grâce à l'utilisation des données appropriées respectivement aux objectifs de validation. Basé sur ce procédé général de validation, une approche générique à quatre phases de travail a étédéfinie ; elle inclut :

(i) une analyse complète des applications industrielles intéressées pour identifier les phénomènes physiques principaux impliqués et les modèles de base dominants associés,

(ii) une évaluation de ces modèles par rapport aux éléments d’information disponibles pour la validation, pour indiquer les besoins supplémentaires de validation et définir des plans consacrés à la validation,

(iii) inventaire et évaluation des données existantes de validation(en fonction des exigences définies dans la tâche précédente) pour identifier les besoins réels de nouvelles données de validation,

(iv) spécifications des nouveaux programmes expérimentaux à installer pour fournir les nouvelles données nécessaires.

Cette approche de travail a été appliquée au logiciel NEPTUNE, en se concentrant sur 8 applications industrielles fortement prioritaires, et a abouti à la définition:

(i) du plan de validation et des programmes expérimentaux à installer pour la modelisation 3D en milieu ouvert , en connexion étroite successivement avec le coeur DNB des-PWR et les applications PTS, et,

(ii) desprogrammes expérimentaux fortement prioritaires, en ce qui concerne les milieux poreux multi-domaine et le transport interfacial, en connexion avec l'application LB-LOCA. Ces programmes expérimentaux exigeront l'utilisation d'une instrumentation spécifique pour fournir des caractéristiques locales des deux phases de liquide et de vapeur, telles que la fraction de vide locale, la concentration locale d’interface et la vitesse locale du liquide. Pour remplir ces besoins, les techniques suivantes de mesure ont respectivement été developées/améliorées et évaluées : la tomographie par rayonsX, les sondes optiques à 4-capteurs et l’anémométrie à film chaud.

• Ecoulements diphasiques