Experimental characterization of PWR fuel assemblies mechanical behavior under hydrodynamic and seismic-like loads

Les assemblages de combustible nucléaire dans le cœur d’un réacteur à eau pressurisée(REP) sont immergés dans un écoulement axial. Cet écoulement exerce une charge hydrodynamique sur les assemblages et est responsable de leur couplage et de leurs vibrations. De plus, lors d’un tremblement de terre ou d’un événement LOCA (Loss Of CoolantAccident), les assemblages de combustible sont soumis à de fortes oscillations. La charge hydrodynamique peut déformer les assemblages, générant une déformation arquée, tandis que des oscillations plus fortes, comme lors d’un événement sismique,peuvent être à l’origine d’impacts sur les assemblages. Afin de garantir l’intégrité et la sûreté du cœur du réacteur, les industries nucléaires souhaitent améliorer la connaissance phénoménologique des interactions fluide-structure à l’intérieur du cœur d’un réacteur à eau pressurisée. Les ingénieurs ont donc besoin de modèles numériques pour le comportement mécanique et de campagnes expérimentales pour les valider et définir leurs limites.L’étude présentée dans ce document est principalement divisée en trois campagnes expérimentales visant à étudier : les effets d’oscillation de l’assemblage dans un fluide au repos, les phénomènes de traînée sur les assemblages de combustible en régime permanent sous un écoulement et le comportement des oscillations des assemblages lorsqu’ils sont immergés dans un écoulement. Deux installations expérimentales sont utilisées :SBF (Shaking Bundle Facility) et Eudore. SBF accueille un assemblage fictif de pleine hauteur soumis à un écoulement axial sur une table vibrante. Grâce à des techniques optiques, le champ de vitesse du fluide et le mouvement de l’assemblage peuvent être mesurés. L’installation Eudore utilise trois assemblages réduits en ligne, soumis à un écoulement axial, avec la possibilité d’appliquer une excitation sismique à l’ensemble de la section d’essai. L’instrumentation développée sur Eudore permet de mesurer les déplacements des assemblages, le champ de vitesse du fluide et les forces d’impact.Les expériences réalisées sur Eudore sont simulées à l’aide d’un outil de calcul numérique développé au CEA, nommé FSCORE, basé sur une approche en milieu poreux. Cette approche permet d’accéder à un modèle de fluide équivalent et à un modèle de structure équivalent définis sur l’ensemble du domaine à partir de l’intégration spatiale d’équations locales. Les équations de mouvement du fluide équivalent et de la structure équivalente so