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AbstractAbstract
[en] This Ph.D. thesis is focused on ensuring a thermodynamically consistent representation of in-vessel corium (a high temperature mixture of molten reactor core and structural materials, described as a U-O-Zr-steel system) in the coupled thermohydraulic-thermochemical models that are used for performing Severe Accident (SA) analysis of nuclear Light Water Reactors (LWRs); in particular, the In-Vessel Melt Retention (IVMR) Strategy. In this context, the use of a thermodynamic database obtained by the CALPHAD method seems relevant by providing closures and inputs to the thermohydraulic and thermochemical models respectively. These databases consist of models for Gibbs energy functions of the possible phases for a system that can be used to obtain the equilibrium thermodynamic description for the system as well as material thermodynamic properties for out-of-equilibrium conditions.Through this work, a systematic approach for ensuring extensive utilization of CALPHAD data in the coupled models has been developed, and the associated questions have been answered for 'mock-up' macroscopic and mesoscopic models developed for describing some of the phenomena pertaining to in-vessel corium behaviour. As a first step, the feasibility of using CALPHAD based closures (in the form of enthalpy-temperature relations and local equilibrium conditions) has been tested on the macroscopic model developed using the lumped parameter approach. Considering the ternary U-O-Zr system, this model describes the plane front solidification process at the boundary of a molten corium pool. The second part of the work is focused on the development of a general formulation for diffuse interface models under the phase-field approach, which can be used to simulate the kinetics of various thermochemical processes under non-isothermal conditions such as solidification and phase segregation. The questions related to the thermodynamic consistency of the model as well as its parameterization (in particular with respect to the up-scaling of the interface thickness) have been addressed and the numerical results have been discussed for binary U-Zr and U-O systems under isothermal conditions. (author)
[fr]
Cette these de doctorat s'interesse a la maniere d'assurer une representation thermodynamiquement consistante du corium en cuve (un melange a haute temperature de materiaux fondus du coeur et des structures d'un reacteur nucleaire, decrit par le systeme U-O-Zr-acier) dans les modeles couples de thermohydraulique-thermochimie mis en jeu pour l'etude des Accidents Graves (AG) des Reacteurs refroidis a l'Eau Legere (RELs), en particulier, pour la strategie dite de retention du corium en cuve. Dans ce contexte, l'utilisation d'une base de donnees thermodynamiques obtenue par la methode CALPHAD apparait pertinente pour l'obtention des fermetures et donnees d'entree des modeles de thermohydraulique et de thermochimie respectivement. Ces bases de donnees decrivent des modeles relatifs aux fonctions d'energie de Gibbs des differentes phases possibles d'un systeme. Elles peuvent etre utilisees pour evaluer les conditions possibles d'equilibre thermodynamique d'un systeme ainsi que ses proprietes thermodynamiques dans des conditions hors-equilibre. Dans ce travail, une approche systematique pour l'utilisation exhaustive de ces donnees CALPHAD dans les modeles couples a ete proposee. Les questions soulevees ont ete traitees au travers de l'etude de modeles 'maquettes' decrivant une partie des phenomenes relatifs au comportement du corium en cuve a des echelles macroscopique ou mesoscopique. Dans une premiere partie, la possibilite de construire les fermetures (sous la forme de relations enthalpie-temperature et de conditions locales d'equilibre) d'un modele integral a une echelle macroscopique a partir de donnees CALPHAD a ete evaluee. En considerant le systeme ternaire U-O-Zr, ce modele decrit le processus de solidification en front plan a la frontiere d'un bain de corium fondu. Une seconde partie dans ce travail a ete consacree au developpement d'une formulation generale pour des modeles a interface diffuse obtenus par une approche par champ de phase et s'adressant a la simulation de differents processus thermochimiques non-isothermes tels que la solidification ou la segregation de phase. Les questions relatives a la consistance thermodynamique du modele ainsi qu'a la selection de ses parametres (en particulier, vis-a-vis de la mise a l'echelle de l'epaisseur d'interface) ont ete traitees et des resultats numeriques ont ete discutes pour les systemes binaires U-Zr et U-O dans des conditions isothermesOriginal Title
Une approche consistante pour le couplage aux bases thermodynamiques de modeles integraux et de champ de phase dedies au comportement du corium en cuve
Primary Subject
Secondary Subject
Source
26 Nov 2019; 242 p; 114 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Physique
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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