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Contexte de l'étude

Dans une centrale nucléaire, le groupe français EDF utilise, pour ses circuits primaires et secondaires, des échangeurs de chaleur de forme cylindrique. Ces échangeurs sont regroupés en faisceau et se trouvent dans un écoulement transverse. Le problème majeur rencontré avec ce type d'échangeurs vient du fait que certains d'entre eux, en général ceux situés au centre du faisceau, se cassent en raison des perturbations engendrées par l'écoulement environnant. En effet, à partir d'une certaine valeur critique du nombre de Reynolds des détachements tourbillonnaires apparaissent et induisent un phénomène de flottement à l'origine de la rupture des matériaux.



Le but de l'étude sera de déterminer les caractéristiques de l'écoulement pour lesquelles l'instabilité se déclenche et de capter les effets de la turbulence dans l'interaction fluide/structure. Nous devrons donc comparer les modèles de turbulence à notre disposition ainsi que les différents schémas numériques afin d'avoir la meilleure représentation possible des instabilités de la structure.


Une première étude effectuée par G. Barbut a permis d'établir la faisabilité d'un tel projet et fournit des résultats préliminaires importants concernant la possibilité d'utiliser le code de calcul NSMB, la comparaison de résultats obtenus avec différents modèles pour le cylindre central d'un faisceau de tubes immobiles ainsi que pour ce même cylindre cette fois mis en mouvement par forçage.

Etat de l'art

Les laboratoires spécialisés savent aujourd'hui modéliser ce type d'écoulement avec des modèles statiques classiques, mais ces modélisations sous-estiment clairement les amplifications des modes et les fréquences des instabilités.

Les simulations de type LES sont utilisées, mais elles ne sont valables que pour les écoulements à faible nombre de Reynolds compris entre 2000 et 10000. Cet intervalle d'étude est trop limitatif pour les cas industriels car ceux-ci présentent en général un Reynolds plus élévé. Les simulations de type URANS-LES sont adaptées mais il faut améliorer la description de l'écoulement en proche paroi. Les simulations de type DES, Detached Eddy Simulation, sont assez limitées en raison du confinement des cylindres qui ne permet le réel détachement nécessité par cette approche.