Comparaison entre essais et calculs pour le comportement thermo-hydraulique et thermo-mécanique des robinets
par D. Hersant, J. Ferrari, J.-P. Mathieu, J.-F. Rit, S. Meunier, EDF R&D / MMC
Contexte
Une campagne d’essais de qualification de robinets aux chocs thermiques a été menée sur un spécimen instrumenté. Les essais consistent à envoyer successivement dans l’appareil de l’eau sous pression chaude, puis de l’eau sous pression froide, et ainsi de suite selon le nombre de cycles souhaité (dix cycles pour cette comparaison). L’instrumentation se compose de 38 thermocouples répartis sur toute la hauteur du robinet, douze jauges de déformation dans les goujons de la bride corps-chapeau et des mesures d’ouverture de cette bride. Parallèlement, un modèle numérique a été construit, reproduisant l’appareil, les conditions de sollicitations et les grandeurs physiques mesurées.
Simulation numérique
La simulation fluide a été réalisée avec Code_Saturne. On obtient ainsi des cartes de coefficients d’échange thermique en paroi, utilisées comme conditions limites pour la partie thermique du calcul thermomécanique, qui est réalisée avec Code_Aster.
Le maillage pour le calcul thermique comprend 2,7 millions de tétraèdres et la résolution numérique avec le solveur PETSc nécessite deux heures sur huit processeurs sur le cluster EDF. Le maillage pour le calcul mécanique comprend 0,8 millions d’éléments et 5000 nœuds de contact (formulation continue). La résolution numérique (en élasticité) avec le solveur MUMPS nécessite 21 heures sur douze processeurs.
Comparaison
La comparaison essais/simulation est fondée sur les courbes rassemblant la cinquantaine de voies de mesure doublées de celles issues des résultats de simulation sur les dix chocs alternés.
Un telle comparaison permet :
- d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques entrant en jeu lors des chocs thermiques ;
- de cerner le domaine de validité de ces simulations ;
- éventuellement de justifier des simplifications ;
- et finalement, de répondre aux questions inaccessibles aux essais, comme la représentativité de débits d’essais faibles ou l’effet de taille dans une gamme de robinets.
Enfin, la richesse des données recueillies, notamment des données de déformation résiduelle du corps, pas encore exploitées, permettra aussi d’étudier les effets de plasticité.
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| FIgure 2 : résultat de la simulation thermique |