Le laboratoire de thermohydraulique
Introduction
Le Laboratoire de thermohydraulique comprend six montages: une boucle thermique eau-vapeur, une boucle au fréon, un montage adiabatique air-eau avec sous canaux interconnectés, un montage air-eau à contre-courant, un montage adiabatique air-eau pour I'identification des configurations d'écoulement, et un montage air-eau avec un système de vanne à fermeture rapide (OVC).
Les boucles thermiques permettent la recherche fondamentale et appliquée sur les écoulements diphasiques et sur le phénomène d'ébullition à des pressions et températures élevées. Ces boucles peuvent accommoder des sections d'essais horizontales ou verticales pouvant atteindre 3.5 m de longueur pour les sections horizontales, et jusqu'à 4.5 m de longueur pour les sections d'essais verticales. Les sections d'essais, tubulaires ou à géométrie de grappe, sont chauffées directement avec un courant continu, et sont complètement instrumentées pour mesurer de façon détaillée les pertes de charge, les températures de surface, les débits de masse et les taux de vide.
La boucle avec sous-canaux interconnectés est utilisée pour étudier les échanges de masse entre les sous canaux dans des conditions d'écoulements monophasiques et diphasiques. La section d'essais simule deux sous canaux interconnectés d'une grappe de combustible nucléaire, et peut être orientée horizontalement ou verticalement. L'écoulement eau-vapeur est simulé par un mélange eau-air à la pression atmosphérique.
La boucle à contre-courant a été conçue pour étudier les écoulements diphasiques à contre-courant. Le montage peut accommoder des sections d'essais verticales de 2.6 m et des sections d'essais dont la partie horizontale peut atteindre 3.3 m de long. Des orifices peuvent être installés sur chacune des sections et leur influence sur les écoulements à contre-courant peut être étudiée.
Le montage pour l'identification des différentes configurations d'écoulement diphasique consiste en une section d'essais carrée usinée dans un bloc d'acrylique transparent, avec l'équipement hydraulique requis pour simuler les écoulements diphasiques. La section d'essais est instrumentée pour mesurer les fluctuations des signaux produit par les sondes axiales de taux de vide et par les capteurs de pression.
La boucle air-eau avec QCV est utilisée pour développer et calibrer des sonde pour la mesure du taux de vide local et global pour des écoulements diphasiques horizontaux et verticaux. Le système QCV permet de déterminer le taux de vide dans la section d'essais en mesurant la masse de liquide emprisonnée après la fermeture rapide des vannes.
Le personnel du laboratoire
- Alberto Teyssedou, professeur titulaire
- La thermohydraulique
- Les écoulements diphasiques et l'ébullition
- Altan Tapucu, professeur associé (à la retraite)
- Le transfert thermique et les écoulements diphasiques
- La thermohydraulique des réacteurs
Programme de recherche
Les activités de recherche associées aux installations décrites ont pour objectif l'étude de:
- l'influence du flux de chaleur sur les pertes de charge par frottement, dans des conditions d'écoulement monaphasique et diphasique ;
- les distributions axiales de la pression et du taux de vide dans des tubes chauffés horizontaux et verticaux;
- le flux de chaleur critique (FCC) dans des tubes horizontaux et verticaux;
- le FCC dans une section d'essais de géométrie similaire à un segment d'une grappe de combustible nucléaire;
- l'effet de l'étranglement sur le FCC;
- la distribution axiale et angulaire de température sur la surface de tubes chauffés horizontaux et verticaux;
- les mécanismes de mélange de l'écoulement entre des sous-canaux interconnectés, avec addition de chaleur.
Au cours des 30 dernières années, la préoccupation principale du Laboratoire a été l'étude des interactions entre les sous canaux d'un assemblage de combustible nucléaire ou des tubes d'un échangeur de chaleur. Une quantité importante de données expérimentales a été accumulée pour des écoulements verticaux et horizontaux en simple ou double phase et pour des canaux ayant différentes géométries. Ces données sont utilisées pour développer et/ou valider divers modèles utilisés dans les codes de simulation des sous-canaux de l'industrie nucléaire.
Coopération avec l'industrie
Les écoulements à contre-courant se manifestent dans plusieurs procédés industriels. Les expériences en cours visent à déterminer la perte de charge, le point d'engorgement et le taux de refoulement pour le domaine complet d'écoulements à contre-courant, à partir du début de l'entraînement jusqu'à la limite de pénétration nulle de la phase liquide. Ces données sont requises pour établir les termes de frottement utilisés dans les modèles servant à prédire le point d'engagement.
Ces travaux de recherche sont supportés principalement par l'Énergie Atomique du Canada Limitée. (ÉACL) et par le groupe des propriétaires CANDU (COG). Grâce aux données recueillies sur la boucle thermique, le laboratoire participe à un effort international pour l'élaboration d'une table complète et précise pour la prédiction des FCC. D'autres organismes supportent également la recherche : le Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Hydro-Québec, l'École Polytechnique de Montréal et le Electric Power Research Institute (EPRI).
