Transfert de la chaleur par convection dans les râteliers de combustible usé CANDU à la suite de la perte du réfrigérant primaire

Résumé du document technique présenté dans le cadre de la :
Conférence internationale sur le génie nucléaire (ICONE) de 2018
Du 22 au 26 juillet 2018

Auteurs :
Derek Logtenberg et Wade Grant
Commission canadienne de sûreté nucléaire
Paul Chan et Emily Corcoran
Collège militaire royal du Canada

Résumé

L’accident évité de justesse en ce qui a trait aux piscines de combustible usé de Fukushima Daiichi a suscité un regain d’intérêt pour la quantification des marges de sûreté liées aux accidents de perte du réfrigérant primaire dans les piscines de combustible irradié. Les analyses thermohydrauliques du combustible usé CANDU exposé ont été restreintes à un modeste nombre de grappes de combustibles en raison de la géométrie complexe des grappes et de leur conception de râtelier ouvert. Le document établit un processus permettant de prédire la température à l’état stable et la vitesse de l’air circulant dans un râtelier de combustible usé à l’aide de modèles analytiques et de techniques de dynamique numérique des fluides.

Deux scénarios sont examinés et représentent les estimations inférieures et supérieures de l’efficacité de la convection lors d’une perte complète du réfrigérant primaire dans une piscine de combustible : 1) le réchauffement d’un râtelier seul sans résistance au débit et avec ouverture latérale et 2) le réchauffement d’un groupe dense de râteliers où les débits latéraux sont négligeables et où l’air ne pénètre que par le bas. Dans le contexte de ce problème naturel de convection, les modèles analytiques sont dérivés des équations fondamentales et des corrélations relatives à la résistance au débit dans les banques de tubes. Les résultats sont comparés à des modèles de dynamique numérique des fluides élaborés au moyen du logiciel de modélisation d’éléments finis COMSOL© Multiphysics, qui représente le combustible au moyen d’approximations de milieux poreux. Les modèles peuvent être utilisés de concert avec les travaux de Cody Krasnaj¹ afin de prédire les températures maximales des gaines de combustible et constituent un premier pas essentiel vers la modélisation d’une piscine de combustible irradié pleine échelle.

Pour obtenir une copie du document associé au résumé, nous invitons à communiquer avec nous par courriel à cnsc.info.ccsn@cnsc-ccsn.gc.ca ou en composant le 613-995-5894 ou le 1-800-668-5284 (au Canada). Veuillez nous indiquer le titre et la date du résumé.

¹ C. Krasnaj, W. Grant, Development of a 2-D Finite Element Model to Examine Both Natural Convection and Radiative Cooling of a Spent Bundle in Air, 19^e Conférence nucléaire du bassin du Pacifique (PBNC 2014), Vancouver, 2014.