Mod

1
Modélisation tridimensionnelle des écoulements
diphasiques

• C. Morel, DER/SSTH
• Christophe.morel_at_cea.fr

2
Plan de lexposé

• Brève présentation du code NEPTUNE_CFD
• Présentation de linterface graphique Edamox axée
  sur les choix de modèles
• Étude dun cas complexe
• Exemples (Kamp, Cosi, Laokoon, Thorpe)

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Présentation de NEPTUNE_CFD

• Code multi-phasique basé sur une approche RANS
  (Reynolds Averaged Navier-Stokes)
• 1 à 20 phases (choix de lutilisateur)
• Phase 1 continue, phases 2 et suivantes
  dispersées dans la phase 1
• Thermique en option (possibilité de calculs
  isothermes sans équations dénergie)

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Présentation de NEPTUNE_CFD

• Equations de base masse, quantité de mouvement
  et enthalpie totale (par phase)
• Equations en option pour
• Turbulence (modèles K-e, q2-q12, R2ij-q12)
• Aire interfaciale volumique
• Gaz incondensables
• Scalaires passifs (définis par lutilisateur)

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Présentation de NEPTUNE_CFD

• Variables co-localisées aux centres des mailles
• Utilisation de filtres Rie Chow pour éviter les
  problèmes de modes parasites
• Maillages non structurés non conformes

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Equations de NEPTUNE_CFD

• Masse
• Quantité de mouvement

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Equations de NEPTUNE_CFD

• Enthalpie totale

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Modèle K-e pour la phase liquide

• Hypothèse dun écoulement à bulles

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Bilan daire interfaciale

• Ecoulement à bulles

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Présentation de NEPTUNE_CFD

• Modèles disponibles depuis linterface
  utilisateur Edamox
• Modèles de trainée (e.g. Ishii, 1990, Schiller
  Naumann, SIMMER pour écoulements à phases
  séparées)
• Modèles de masse ajoutée (avec correction de
  Zuber ou non)
• Modèle de lift (Tomiyama, 1998)
• Force de dispersion turbulente (Lopez de
  Bertodano)

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Edamox

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Choix des modèles de turbulence

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Modèles de collisions et types de conditions aux
parois

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Modèles de forces interfaciales

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(No Transcript)
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Traitement phases séparées (écoulements
stratifiés)

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Propriétés des fluides (tables)

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Physiques particulières

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Exemple étude dun cas complexe

• Phase 1 eau liquide
• Phase 2 vapeur
• Phase 3 particules solides
• Phase 4 gaz
• Les particules solides réagissent et forment un
  gaz au contact de leau

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Exemple étude dun cas complexe

• Le domaine comporte deux entrées une injection
  deau froide, une injection de particules solides

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Définition de létat initial

• Domaine stratifié (eau en bleu, vapeur en rouge)
  à saturation, la répartition de pression étant
  hydrostatique

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Modélisation des pompes

• Pompes aspirant de la vapeur via les e/s libres
  modélisées par une source de quantité de
  mouvement.

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Equations résolues

• 4 équations de masse
• 4 équations de quantité de mouvement
• 4 équations denthalpie
• Une équation pour le nombre volumique de
  particules

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Maillage utilisé

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Paramétrage dans Edamox

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(No Transcript)
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Exemple 1 expérience de Kamp

• Écoulements à bulles ascendant, descendant et en
  microgravité
• Écoulement eau/air adiabatique en conduite
• Mesure des profils radiaux de taux de vide, de
  vitesses moyennes liquide et gaz, et de
  fluctuation turbulente (rms velocity) du liquide

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Exemple 2 COSI

• PTS (Pressurized Thermal Shock) in PWR
• Etude de lensemble Branche Froide Downcomer
• Injection deau froide dans un écoulement
  stratifié deau chaude et de vapeur.
• Mesure de profils verticaux de température liquide

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Exemple 3 LAOKOON

• Écoulement stratifié horizontal deau
  sous-refroidie avec condensation de vapeur
  saturée le long de la surface libre.
• Calcul avec ANSYS CFX
• Mesures du profil vertical de température liquide
  à 790 mm de lentrée.

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Équations résolues par CFX sur le cas LAOKOON

• Bilan de masse pour le mélange diphasique
• Bilan de quantité de mouvement pour le mélange
  diphasique
• 2d bilan masse pour la hauteur de la couche deau
  (taux de présence de leau liquide)
• Bilan denthalpie pour le liquide (vapeur
  saturée)
• Modèle k-e-k-w SST pour la diffusion turbulente

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Maillage LAOKOON pour CFX

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Exemple 4 THORPE

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Description de THORPE

• 2 fluides superposés de densités voisines et de
  viscosités voisines.
• Tension de surface mesurée s 0.04 N/m
• La boite contenant les fluides subit des
  oscillations (angle a) générant à lintérieur les
  ondes de surface.
• Étude de linstabilité de Kelvin-Helmholtz
• Écoulement laminaire (Re 183)

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Équations résolues par Fluent sur le cas THORPE

• Méthode VOF pour le suivi dinterface
• 2 bilans masse pour les 2 phases
• 1 seul bilan de quantité de mouvement pour le
  mélange diphasique
• Tension de surface prise en compte test de la
  sensibilité à la tension de surface s 0.04,
  0.02 ou 0 N/m.

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Sensibilité à la tension de surface

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Comparaison NEPTUNE versus FLUENT

• Tension de surface nulle (non disponible dans
  NEPTUNE).
• FLUENT utilise une équation de mélange pour la
  quantité de mouvement, alors que NEPTUNE utilise
  des équations séparées pour les deux phases.

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(No Transcript)
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(No Transcript)