Couplages multi-physiques et applications aux ... - gedepeon

POURQUOI UN COUPLAGE DES CODES? (3/3) Pour le fonctionnement normal du réacteur, le couplage n/th est effectué via lessections efficaces qui sont réévaluées pour chaque maille spatiale et en fonction duchangement des propriétés combustible et modérateur ; celles-ci sont en généralévaluées via un modèle stationnaire intégré dans le code de cœur.Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 20114

L’OUTIL HEMERAOUTIL D’ANALYSE METHODOLOGIQUE ET DE CONCEPTIONEN PARTIE CO-DEVELOPPE AVEC L’IRSNDesign cœur : REP (900, 1300, N4, EPR)• Souplesse sur la gestion du combustible et le pilotage du cœurScénarios de fonctionnement: normal à accidentelAccidents traités: RTV, REAscenario accidentel1 2 3NominaloperatingconditionscalculationAccidentinitiatedconditionscalculationTransientcalculationAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 20118

SCENARIOS ACCIDENTELSAccident REAAccident RTVInitiateur: rupture cartergrappe de contrôle⇒Ejection grappe en 0.1s (force d’envol):Libération réactivité (ρ g) = poids neutroniquede la grappe (fonction de son enfoncement)1.Puissance cœur ↑ - zone chaude auvoisinage de la grappe éjectée2.Puissance cœur ↓ par contre-réactionsDoppler (α D- 1 er ordre) + modérateur(α m-2 ème ordre )3.Puissance cœur ↓ par chute grappes arrêtd’urgence (ρ arret)ρ(t) =" ρ −αDΔTcomb−αmΔTg 43 mod14243142C.R DopplerC.R moderateurDurée du transitoire: qq secondesBesoins en performances: pas de temps1 ms sur 2s (2000 steps de calculs),environ 24 heures CPU-ρP(x, y,z, t) =arret"P (t)123comportement intégralInitiateur: rupture guillotine instantanéeet doublement débattue de la tuyauterievapeur en sortie d’un générateur devapeur et en amont de la vanned’isolement vapeurLe cœur est initialement sous-critique (ρ 0)Dépressurisation secondaire1. Transfert thermique GV ↑ Température caloporteur ↓3. Puissance cœur ↑ par effet modérateur (α m)4. Ralentissement puissance cœur par effetDoppler (α D)5. Puissance cœur ↓ par Injection boreρ(t) = " ρ0 + αmΔTmod−αDΔTcomb−ρ1424314243C.R moderateurDurée du transitoire: qq 100 secondesBesoins en performances: pas de temps20s (2000 steps de calculs), environ 3 joursCPUcoeur⋅ t)F(x, y,z,14243comportement localAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 2011C.R Dopplerbore"9

SCENARIOS ACCIDENTELSAccident REA⇒Transitoire violent (ρ>β)(temps double puissance: qq ms)Accident RTV⇒ Transitoire "lent" (ρ autour de β)(temps double puissance: ∼100 ms)654Pcoeur32100 50 100 150 200 250 300Temps [s]Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201110

Que signifie HEMERA ?“Highly Evolutionary Methods for Extensive Reactor Analyses”mais aussiDivinité grecque dont le rôle est de « dissiper les ténèbreschaque matin et de révéler la lumière divine aux hommes »Qu’est-ce que l’outil HEMERA ?3 codes couplés : CATHARE2, FLICA4, CRONOS2 + 1 superviseur• CATHARE2 simule la thermohydraulique des circuitsprimaire et secondaire en 1D à l’exception du cœur• FLICA4 simule la thermohydraulique du cœur en 3D• CRONOS2 simule la neutronique du cœur en 3DAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201111

CONTENU D’ HEMERACode CRONOS2– Code neutronique 3D modulaire– Résolution de l’équation de ladiffusion et du transport– Calculs statiques et cinétiques– Evolution isotopique et du burn-up– Alimenté en amont en sectionsefficaces par le code APOLLO2APOLLO2 et CRONOS2 ouverts à l’Europe(via NURISP) et aux universités via un accordbilatéral (accès à la documentation, auxsessions formation)Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201112

CONTENU D’ HEMERACode FLICA4• Code de thermohydraulique 3D diphasique• Modèle à 4 équations : 3 pour le mélange (masse, momentet énergie) et 1 pour la conservation de la masse vapeur• 2 lois de fermeture (drift + vapeur à saturation)• Module thermique 1D• FLICA4 ouvert à l’Europe(viaNURISP) et aux universités(accès à la documentation etaux sessions de formation)Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201113

CONTENU D’ HEMERACode CATHARE2• Code système “best-estimate” développé depuisplus de 30 ans dans le cadre d’une collaborationCEA/EDF/AREVA/IRSN• Modèle à 6 équations et 2 phases• Modules 0D, 1D et 3D• Possibilité d’un accord delicence validé par lespartenaires industrielsAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201114

CONTENU D’ HEMERAHEMERA V2: la plate-forme SALOMEPlate-forme de de développement générique‣ Pre-processing‣ Post-processing‣ Modélisations multiphysiques• CATHARE2• FLICA4• CRONOS2Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201115

LA MODELISATIONAPOLLO2Sections efficaces Vrai couplage (utilisation de la sortie de FLICA en entrée de CATHARE) Pas de recouvrement de domaine (thermohydraulique du cœur simuléeseulement par FLICA en 3D)Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201116

ACCES AUX GRANDEURS D’INTERËTAnalyse de l’état neutronique du cœur─ IntégraleLes grandeurs d’intérêt de la modélisation neutroniquepermettent une analyse intégrale et locale du comportement du cœuren situations de fonctionnement stationnaires et transitoires- Réactivité totale du cœur et par poste (grappes, Doppler, modérateur,et bore)- Facteurs de forme, F q , F 3D , F xy , F z, Axial Offset (AO)─ Locale- Distributions de BU 3D, radiale (2D) et axiale (1D) cœur, par lotd’assemblages, par type de combustible- Distributions de puissance 3D, radiale (2D) et axiale (1D) cœur etassemblage- Accès à la puissance locale par méthode de reconstruction fine depuissanceAnalyse de l’état thermique et thermohydraulique du cœur/système─ Large gamme de sorties disponibles dans FLICA4 et CATHAREAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201117

EXEMPLE DE MODELISATIONCATHARE : circuitssecondaire et primairesauf le coeurCRONOS et FLICA : Coeur 3Dau niveau assemblageCRONOS et FLICA : Assemblagechaud au niveau crayonGrappe bloquéeBoucle affectéeAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201118

APPLICATIONSExemple 1 : la Rupture de Tuyauterie Vapeur (RTV)Rupture1- brèche sur une tuyauterie vapeur2- refroidissement du primaire3- insertion de réactivité4- retour potentiel en puissance avecrisque d’intégrité de la premièrebarrière Phénomènes thermohydrauliqueset neutroniques fortement coupléset tridimensionnelsAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201119

APPLICATIONSExemple 1 : la Rupture de Tuyauterie Vapeur (RTV)654Pcoeu32100 50 100 150 200 250 300Temps [s]Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201120

APPLICATIONSExemple 2 : L’Ejection D’une Grappe (EDG)Ejection ⇒ montée en puissance T comb ⇒ Contre-réaction Doppler T mod ⇒ Contre-réaction modérateur Arrêt d’urgence (chute des grappes de commande)⇒Transitoire rapide de puissance (pulse)⇒ Dépôt d’énergie fortement localisé àproximité de la grappe éjectéeModélisation cinétique tridimensionnelet multi physiqueAtelier GEDEPEON 11-12 juillet 201121

LES ANALYSES DE SENSIBILITELes paramètres clés de la modélisation neutronique sont les paramètres quiconditionnent le comportement du cœur en conditions de fonctionnementnormales et accidentelles1.Les données de base de la modélisationSections efficacesParamètres cinétiques ( fraction de neutrons retardés)2.Les paramètres de définition du point de fonctionnementTaux de combustionTempérature combustibleDensité/température modérateurConcentration en boreLes leviers mis en œuvre dans HEMERA permettent une action sur cesparamètres:En espace:Modification globale sur tout le cœurModification locale dans un groupe d’assemblages, un assemblageune maille précise du cœur, …Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201123

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES HEMERA est un outil pertinent en regard des objectifs fixés :études en support à l’expertise, montée en compétence,compréhension des phénomènes, analyse de concepts … LES PERSPECTIVESExtension périmètre d’utilisationConsolidation architecture logicielle pour applications à d’autres réacteurs,passage à APOLLO3 (outil multi-filières) en remplacementd’APOLLO2/CRONOS2, introduction nouveaux scénarios accidentelsAnalyse d’incertitudesMise en place d’une méthodologie d’analyse d’incertitudes couvrantl’ensemble des paramètres sensibles (neutronique – thermohydraulique –thermique) dans le cadre des accidents RIA et RTVModélisation thermique du combustibleAmélioration du calcul des températures dans le crayon au regard de sonévolution en cours d’irradiation et en situation accidentelle (couplage avecl’outil CEA/DEN PLEIADES)Supervision (SALOME)Souplesse dans le contrôle des simulations et la mise en œuvre de moyensd’analyse (plan d’expériences, analyse d’incertitudes)Atelier GEDEPEON 11-12 juillet 201124