Modélisation des transferts thermiques aux parois dans un lit fluidisé de fluoration de l'Uranium


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Bernard Fabien

Françoso Luis Artur

Vallé Thomas

Présentation du sujet

 

Contexte Industriel :

Dans le contexte actuel de la demande en énergie toujours croissante, l'énergie nucléaire est une des solutions de plus en plus envisagée.
Le combustible utilisé dans les centrales nucléaires et de l'uranium 235. Ce combustible est fabriqué selon un cycle comportant 4 étapes :
                    - l'extraction ;
                    - la purification ;
                    - la conversion ;
                    - l'enrichissement.

cycle

 

L'enrichissement du combustible est l'étape la plus importante, il nécessite de l'hexafluorure d'uranium (UF6).

Actuellement l'UF6 est produit par la réaction de combustion du tetrafluorure d'uranium (UF4) avec de la fluorine gazeuse (F2). Cependant, ce procédé génère beaucoup de déchets, qui nécessitent de lourds traitements ; c'est pourquoi les industriels s'intéressent maintenant à un procédé expérimenté par Vogel et al. (1958), et Jonke et al. (1958) qui utilise un lit fluidisé. Janov et Lepage (1981) ont réussi à de produire de l'UF6 en quantité industrielle, dans un réacteur contenant des particules d'UF4 et des particules inertes, fluidisées par de la fluorine gazeuse. Cette technique permet de maintenir un taux élevé de transfert thermique dans le réacteur, et d'évacuer rapidement la chaleur produite par la réaction, empêchant ainsi la fragmentation des particules.

Réaction de fluoration :

Lors de l'étape de conversion, de nombreuses réactions chimiques interviennent, cependant nous ne nous intéresserons ici qu'à la réaction principale :

                                                           UF4 (solide) + F2 (gaz) -------->  UF6.


C'est une réaction exothermique :                ΔHr = -234.4 kJ/mol


Objectifs :

Le but de ce projet est d'étudier les transferts proche paroi dans un lit fluidisé dense, et de pouvoir les simuler afin de les appliquer à la fluoration de l'uranium. De précédentes études ont déjà été menées dans le cas de la fluoration en considérant les transferts radiatifs. Cependant les résultats n'ont pas été satisfaisant. Nous essaierons d'améliorer les simulations en faisant une meilleure approximation en couche limite..Pour cela, nous nous sommes appuyés sur l'article [1] rédigé par Yamada & al., et nous avons essayé de retrouver leurs résultats par des simulations à l'aide du code NEPTUNE_CFD. NEPTUNE_CFD est un code de mécanique des fluides multiphasique développé par un consortium : EDF, CEA, IRSN, AREVA_NP.

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BEI E&P 2009 - ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides