Simulation schemes of a non-miscible three-phase flow model for vapor explosion applications
Creators
- Boukili, Hamza
- Universite d'Aix-Marseille, U.F.R. des Sciences, ecole doctorale de mathematiques et informatique - E.D. 184, I2M - Institut de Mathematiques de Marseille, Centre de Mathematiques et Informatique - CMI, Technopole Chateau-Gombert, 39, rue Frederic Joliot Curie, 13453 Marseille Cedex 13 (France)
- EDF Lab Chatou, Departement Mecanique des Fluides, Energies et Environnement - MFEE (France)
Description
This PhD work consists of modeling a three-phase flow: liquid (L), gas (V) for the same component (water) and liquid (S) for a second component (high temperature liquid metal). Such a mix is characterized by the risk of occurrence of vapour explosion, where major transfers happen: in this bi-component environment dynamic transfers are important (speed / pressure) and thermodynamic exchanges (heat and mass transfers) also are at stake. More specifically, heat transfers occur between phases S, L and V, while the mass transfer can only occur between the phases L and V. The vapour explosion type applications (EV) generate shock waves propagating within the medium and can impact the structures. Finally, it is essential to note that the actual simulation time, and different time scales are short. The mission is, therefore, to compute an EDP model with closure laws, capable of dealing with strongly unsteady three-phase non-miscible flows, with generation of shock waves and high thermal and mass transfer, and consistent with the second principle of thermodynamics. The second step is to propose a Finite Volume numerical method adapted to the approximation of this model, and in the presence of shock waves. Numerical test cases are given in order to verify the properties of the considered schemes, attention is paid to the consistency between the numerical results and the expected physical behavior of the simulated flow. (author)
Abstract (French)
Dans ce travail de these, on etudie la problematique de modelisation d'ecoulement a trois phases non miscibles. L'application visee est le phenomene d'explosion vapeur, qui risque de se produire lorsqu'un constituant liquide (S) (metal liquide a tres haute temperature) rentre en contact avec un deuxieme constituant (relativement froid) qui est en general de l'eau presente sous forme liquide (L) et vapeur (V). Les transferts principaux au sein de ce milieu bi-constituant sont de type dynamique (vitesse et pression) et thermodynamique (echanges de chaleur et de masse). Plus precisement, les transferts de chaleur apparaissent entre les phases S, L et V, tandis que le transfert de masse ne peut survenir qu'entre les phases L et V du constituant eau. Les applications de type explosion vapeur (EV) generent des ondes de choc se propageant au sein du milieu et allant impacter des structures. Il est enfin essentiel de noter que les temps de simulation reels, et les differentes echelles de temps, sont courts. Il s'agit donc de simuler un modele d'EDP avec lois de fermeture, qui permette de traiter des ecoulements fortement instationnaires a trois phases immiscibles, avec generation d'ondes de choc et forts transferts thermiques et de masse, et qui soit conforme au second principe de la thermodynamique. Une fois le modele d'EDP ferme donne, l'attention est portee sur la methode numerique d'approximation de ce modele. La technique des Volumes Finis est adoptee, et une strategie a pas fractionnaires est mise en place, afin de permettre de traiter un a un les differents effets de relaxation inclus dans le modele. Des cas-tests numeriques de differents degres de complexite ont ete realises, afin de s'assurer des proprietes des schemas consideres, et valider la coherence entre les resultats numeriques et le comportement physique attendu de l'ecoulement simule. (auteur)
Files
Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Schemas de simulation d'un modele a trois phases immiscibles pour application a l'explosion vapeur
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 157 p.
- Report number
- FRNC-TH--14158
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54044076
- Subject category
- S42: ENGINEERING; S97: MATHEMATICAL METHODS AND COMPUTING;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ANALYTICAL SOLUTION; COMPUTERIZED SIMULATION; DRAG; FINITE ELEMENT METHOD; FLOW MODELS; HEAT TRANSFER; MASS TRANSFER; MULTIPHASE FLOW; RELAXATION; RIEMANN FUNCTION; SHOCK TUBES; SHOCK WAVES; TWO-PHASE FLOW; VAPOR EXPLOSIONS; VELOCITY
- Descriptors DEC
- CALCULATION METHODS; ENERGY TRANSFER; EXPLOSIONS; FLUID FLOW; FUNCTIONS; MATHEMATICAL MODELS; MATHEMATICAL SOLUTIONS; NUMERICAL SOLUTION; SIMULATION
Optional Information
- Notes
- 74 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses