L’étude des écoulements avec une surface libre entre le liquide et un gaz (vapeur, air, …) est d’une grande importance dans de nombreuses applications. Sous certaines conditions, des gouttelettes liquides peuvent apparaître et être transportées par le gaz. C’est le cas dans les pipelines transportant du pétrole, de conduites d’un réacteur nucléaire, de gouttelettes entraînées par le vent à la crête des vagues et qui influent sur les échanges océan-atmosphère ou encore de gouttelettes produites par l’éclatement de bulles de champagne propageant ses arômes dans l’air. Certains des mécanismes sous-jacents de production ou de dépôt de gouttes peuvent être similaires et les modèles utilisés peuvent se recouper bien que les domaines d’application soient totalement différents.

Dans un réacteur nucléaire, lors d’une situation accidentelle, des gouttes de liquide peuvent apparaître au sein de l’écoulement. Selon les endroits d’apparition que ce soit dans le coeur ou dans les conduites circulaires horizontales ou inclinées, les phénomènes physiques à prendre en compte sont différents pour bien estimer la quantité de gouttes dans l’écoulement. Dans le cadre de ce travail on s’intéresse à l’entrainement de gouttes dans les branches horizontales et inclinées à l’entrée des générateurs de vapeurs. Dans ces configurations, la contribution entre le dépôt et l’arrachement des gouttes par le gaz, sur ou à partir du film de liquide s’écoulant en proche paroi de ce type de conduites, fait l’objet de nombreuses recherches. C’est le cas pour le code de thermohydraulique système CATHARE, développé en partenariat entre le CEA, EDF, Framatome et l’IRSN. Des travaux effectués en amont dans ce code ont montré que le modèle actuel calculant la quantité de gouttes, à partir une corrélation intégrée dans le modèle diphasique bifluide (un champ liquide et un champ gaz) n’est pas suffisamment prédictible et qu’en revanche un modèle à 3 champs, où le liquide est séparé en deux champs représentant les gouttes (partie dispersée) et la partie continue, semble être plus représentatif de la réalité. Malgré des résultats satisfaisants sur certaines expériences, le modèle 3 à champs reste à être finalisé.

Une fois approprié de la problématique, le stagiaire devra tout d’abord compléter une bibliographie pour bien identifier toutes les expériences disponibles afin d’enrichir une base solide de validation. Ensuite il devra comprendre les modèles actuellement présents dans le modèle bifluide de CATHARE et ceux décrivant le modèle à 3 champs. Il pourra donc proposer des modifications et les valider sur la nouvelle base. La prise en compte de l’inclinaison de la conduite dans le nouveau modèle à 3 champs est l’une des améliorations envisagées.

Etudiant/étudiante en école d'ingénieur ou en Master 2 : mécanique des fluides ou génie nucléaire