Thèse Etude Expérimentale de la Condensation en Paroi en Présence d'Incondensables - Impact de la Turbulence H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Laboratoire de recherche : CEA/STMF - Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides
Direction de la thèse : Lionel ROSSI ORCID 0009000938255926
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les réacteurs nucléaires de nouvelle génération sont dotés de système passifs, qui doivent, en situation accidentelle permettre d'évacuer la puissance résiduelle pendant plusieurs jours sans intervention humaine. Parmi ces dispositifs, on retrouve notamment les SACO (Safety Condenser), ainsi que les CWC (Cold Wall Condenser), étudiés à l'ASNR via les installations ALCINA et KOKOMO dans le cadre du projet PASTIS [1].
La condensation en paroi est un phénomène important des systèmes (ou mécanismes) passifs existants ou futurs (e.g. SMR) pour le transfert de chaleur. L'objectif de cette thèse est la mise en oeuvre et l'exploitation scientifique d'une installation expérimentale analytique de taille réduite, KOKOCHANEL, complémentaire des expériences KOKOMO et ALCINA [2].
KOKOCHANEL doit permettre d'étudier la condensation en proche paroi (objectif a priori non atteignable sur KOKOMO) tout en maitrisant et modifiant la turbulence de l'écoulement et la condensation en présence (ou non) d'incondensables. La turbulence sera modulée avec la possibilité d'utiliser des grilles de turbulence en amont de la paroi froide et des obstacles (par exemple cylindriques en référence à la présence de tuyaux en environnement réacteur) permettant d'étudier l'interaction entre leur sillage et l'écoulement à la paroi en présence de condensation. La présence d'incondensables sera étudiée en modifiant leur concentration en amont de la section d'essais. Deux conditions de sortie peuvent être envisagées sur KOKOCHANEL. La première avec un jet vapeur sortant permettant une évacuation (partielle) d'incondensable, (configuration KOKOMO). La deuxième avec une surface libre bloquant l'évacuation des incondensables en partie basse. Dans cette configuration à surface libre, la physique des résultats obtenus pourra être étendue à la condensation en SACO des système passifs (complémentarité avec ALCINA). De plus, la plupart des expériences de condensation de ce type ont été réalisées à échelle intégrale ([3,4]) avec une méconnaissance de la phénoménologie à l'échelle locale.
La maitrise des conditions de l'expérience, de ses quantités intégrables et la mise en oeuvre de méthodes d'instrumentations avancées permettra de :
-Caractériser la condensation en paroi
-Caractériser l'impact de la turbulence (avec et sans sillage) sur la condensation en paroi (avec ou sans incondensable)
-Caractériser l'impact des incondensables sur la condensation en paroi
-Améliorer la connaissance physique et expérimentale de la condensation en paroi (en présence d'incondensable) en configurations de type enceinte (e.g. KOKOMO) ou SACO (e.g. ALCINA, ESLMOR Grosjean et al. NED 2025).
-Fournir des données de types CFD grade permettant la validation et le développement de modèles pour les codes de calculs CFD et systèmes [5].
[1] ASNR, programme PASTIS, https://recherche-expertise.asnr.fr/recherche/programme-pastis.
[2] F. Fichot et al., Expression de besoin d'acquisitions de connaissances relatives aux enceintes immergées, Rapport IRSN/2022-00162
[3] R. kapulla et al. PIV Measurements in the vicinity of a steam sparger in the PANDA facility, Nuclear Enginnering and Design, Vol 336, 2018
[4] J.C. De la Rosa et al., Review on condensation on the containment structures, Progress in Nuclear Energy, Vol 51, 2009.
[5] T. Michelis et al., Assessment of particle image velocimetry applied to high-speed organic vapor flow, Experiments in Fluids, 2024
[6] Yeong-Ju et al., Experimental Study of Condensation Heat Transfer in the presence of noncondensable gas on the vertical tube, NURETH-16, 2015

La condensation en paroi est un phénomène important des systèmes (ou mécanismes) passifs existants ou futurs (e.g. SMR) pour le transfert de chaleur. L'objectif de cette thèse est la mise en oeuvre et l'exploitation scientifique d'une installation expérimentale analytique de taille réduite, KOKOCHANEL, complémentaire des expériences KOKOMO et ALCINA

-Caractériser la condensation en paroi
-Caractériser l'impact de la turbulence (avec et sans sillage) sur la condensation en paroi (avec ou sans incondensable)
-Caractériser l'impact des incondensables sur la condensation en paroi
-Améliorer la connaissance physique et expérimentale de la condensation en paroi (en présence d'incondensable) en configurations de type enceinte (e.g. KOKOMO) ou SACO (e.g. ALCINA, ESLMOR Grosjean et al. NED 2025).
-Fournir des données de types CFD grade permettant la validation et le développement de modèles pour les codes de calculs CFD et systèmes.

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