The EU Center of Excellence for Exascale in Solid Earth (ChEESE): Implementation, results, and roadmap for the second phase

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Étude de la propagation des ultrasons dans un milieu fluide hétérogène en vue de la surveillance en fonctionnement d'un réacteur nucléaire à caloporteur sodium

The ASTRID project, a French sodium-cooled nuclear reactor of 4th generation, is currently under development by the French Alternative Energies and Atomic Energy Center (CEA). In this project, development of monitoring techniques for a nuclear reactor in operation is identified as an important issue to improve the plant safety. The use of ultrasonic measurement techniques (e.g. thermometry, visualization of internal objects) is regarded as a powerful inspection tool for sodium-cooled fast reactors, including ASTRID due to the opacity of liquid sodium.Inside a sodium cooling circuit, heterogeneity of the medium occurs because of a complex flow state, especially when the reactor is in operation, and then the effects of this heterogeneity on acoustic wave propagation are not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments for development of component technologies, and such kind of experiments using liquid sodium may be relatively large-scale, i.e., difficult and expensive. This is a reason why numerical simulation methods are essential before performing real laboratory experiments, or in addition to the number of experimental results, which is necessarily limited due to their difficulty and cost. Though various numerical methods have been applied to model wave propagation in liquid sodium, the community still does not have a verified and fully tested full-wave method for numerical modeling of wave propagation in large-scale three-dimensional heterogeneous sodium reactors. Moreover, inside of a reactor core i.e. in a complex acoustic-elastic coupled region, it is also difficult to simulate such problems with conventional ray-based methods.The objective of the study in the thesis is to contribute to solving these two points by resorting to a three-dimensional spectral-element method, which is a high-order time-domain finite-element method that we will show to be suitable to model our targets (i.e. sodium coolant inside a nuclear reactor) more accurately than more classical numerical simulation methods.We will first study the development potential of ultrasonic thermometry in a liquid fluctuating sodium environment similar to that present in a Sodium-cooled Fast Reactor, and thus investigate if and how ultrasonic thermometry could be used to monitor the sodium flow at the outlet of the reactor core. We will obtain clear time-of-flight variations in the case of a small temperature difference of one percent in the case of a static temperature gradient as well as in the presence of a random fluctuation of the temperature field in the turbulent flow. We will verify that small temperature variations in the sodium flow of e.g. about 1 percent of the sodium temperature, i.e. about 5 degrees Celsius, can have a reliably-measurable acoustic signature. For this calculation, the target domain will be modeled as a two-dimensional medium, and a Gaussian random process will be applied to generate fluctuations of temperature in the liquid sodium.To investigate 3D heterogeneity and more realistic temperature fields in the medium, in a second part of the thesis we will carry out a numerical study for 3D models of the reactor core. To represent the heterogeneity of liquid sodium, a four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics based on a Large-Eddy Simulation performed by CEA STMF will be applied instead of using a cheaper, more classical method such as e.g. a Gaussian random process. We will show that based on that numerical experiment we will be able to analyze the 3D effects of realistic heterogeneity in the propagation medium on the propagation of acoustic waves in liquid sodium, in a jet-mixing experiment called PLAJEST. We will show that from acoustic measurements we can deduce information relevant to design studies in thermal-hydraulics: frequency of temperature variations, delimitation of the zone of greater fluctuation of temperature, and average temperature with respect to altitude.Le projet ASTRID, réacteur nucléaire français de quatrième génération refroidi au sodium, est actuellement en cours de développement par le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Dans ce projet, le développement de techniques de surveillance pour un réacteur nucléaire en fonctionnement est identifié comme un problème majeur pour augmenter la sécurité du réacteur. L'utilisation de techniques de mesure par ultrasons (par exemple thermométrie, visualisation d'objets internes) est considérée comme un puissant outil d'inspection des réacteurs rapides refroidis au sodium, y compris ASTRID en raison de l'opacité du sodium liquide.A l'intérieur d'un circuit de refroidissement au sodium, l'hétérogénéité du milieu se produit du fait de l'état d'écoulement complexe, notamment lorsque le réacteur est en fonctionnement, et les effets de cette hétérogénéité sur la propagation des ondes acoustiques ne sont pas négligeables. Ainsi, il est nécessaire d'effectuer des expériences de vérification pour les développements de technologies pour les composants, sachant que de telles expériences utilisant du sodium liquide peuvent être des expériences à relativement grande échelle. C'est pourquoi les méthodes de simulation numérique sont essentielles avant d'effectuer des expériences physiques en laboratoire, et en complément des résultats expérimentaux, qui sont nécessairement limités en nombre. Bien que diverses méthodes numériques aient été utilisées pour modéliser la propagation d'ondes acoustiques dans le sodium liquide, la communauté n'a toujours pas de méthode de modélisation de formes d'ondes complètes qui soient bien validées dans le cas de modèles tridimensionnels de grande taille présentant des hétérogénéités. De plus, à l'intérieur d'un coeur de réacteur, c'est-à-dire une région couplée acoustique-élastique complexe, il est également difficile de simuler de manière précise de tels problèmes avec des techniques numériques qui soient basées sur du tracé de rais conventionnel.L'objectif de l'étude menée dans le cadre de ma thèse est donc de contribuer à résoudre ces deux points en appliquant une méthode de calcul tridimensionnelle par la technique numérique des éléments spectraux, qui est une méthode d'éléments finis d'ordre élevé calculée dans le domaine temporel, qui peut modéliser nos objets d'étude (par exemple le milieu caloporteur sodium à l'intérieur du réacteur nucléaire) de manière plus précise que les méthodes de simulation plus classiques.Nous étudierons d'abord le potentiel de développement de la thermométrie ultrasonique dans un environnement sodium liquide fluctuant similaire à celui d'un réacteur rapide refroidi au sodium, et étudierons si et comment la thermométrie ultrasonique peut être utilisée pour surveiller le flux de sodium à la sortie du coeur du réacteur. Nous obtiendrons des variations de temps de vol claires dans le cas d'une faible différence de température de 1% dans le cas d'un gradient de température statique ainsi qu'en présence d'une fluctuation aléatoire du champ de température dans le flux turbulent. Nous vérifierons que de petites variations de température dans le flux de sodium de par exemple environ 1% de la température du sodium, c'est-à-dire environ 5 degrés Celsius, peuvent avoir une signature acoustique mesurable de manière fiable. Pour ce calcul, le domaine cible sera modélisé comme un processus aléatoire bidimensionnel et Gaussien appliqué pour générer une fluctuation de la température dans le sodium liquide.Afin d'étudier l'hétérogénéité tridimensionnelle et des champs de température plus réalistes dans le milieu, dans un deuxième temps dans cette thèse nous effectuerons une seconde étude numérique, cette fois-ci à trois dimensions. Pour représenter l'hétérogénéité du sodium liquide, nous appliquerons un champ de température quadridimensionnel (trois dimensions spatiale et une dimension temporelle) calculé par modélisation numérique en dynamique des fluides avec une simulation LES (Large-Eddy Simulation) réalisée par CEA STMF au lieu d'une méthode conventionnelle plus classique et moins chère (par exemple un processus aléatoire Gaussien). Nous montrerons qu'à partir de cette expérience numérique tridimensionnelle, nous serons en mesure d'analyser les effets tridimensionnels de l'hétérogénéité réaliste dans le milieu de propagation sur les ondes acoustiques se propageant dans le sodium liquide, dans une expérience de mélange de jets appelée PLAJEST. Nous montrerons également que l'on peut déduire des mesures acoustiques des informations pertinentes pour des études de conception dans le domaine de la thermo-hydraulique : fréquence des fluctuations de température, délimitation de la zone de plus fortes fluctuations de température, et température moyenne en fonction de l'altitude

Study of ultrasound wave propagation in a heterogeneous fluid medium for the monitoring of an operating sodium-based nuclear reactor

Le projet ASTRID, réacteur nucléaire français de 4ème génération refroidi au sodium, est en cours de développement par le CEA. Dans ce projet, le développement de techniques de surveillance est identifié comme un problème majeur pour augmenter la sécurité du réacteur. L'utilisation de techniques de mesure par ultrasons est considérée comme un puissant outil d'inspection en raison de l'opacité du sodium liquide.A l'intérieur d'un circuit de refroidissement, l'hétérogénéité du milieu se produit du fait de l'état d'écoulement complexe, et les effets de cette hétérogénéité sur la propagation des ondes acoustiques ne sont pas négligeables. Ainsi, il est nécessaire d'effectuer des expériences de vérification, sachant que de telles expériences peuvent être des expériences à grande échelle. C'est pourquoi les méthodes de simulation numérique sont essentielles. L'objectif de l'étude de ma thèse est à appliquer la technique numérique des éléments spectraux, qui peut modéliser nos objets d'étude de manière plus précise que les méthodes de simulation plus classiques. Nous étudierons d'abord le potentiel de développement de la thermométrie ultrasonique similaire à celui d'un réacteur rapide refroidi au sodium avec simulation 2D. Un processus aléatoire Gaussien aura appliqué pour générer une fluctuation de la température.Afin d'étudier l'hétérogénéité en 3D et des champs de température plus réalistes dans le milieu, nous effectuerons une seconde étude numérique. Pour représenter l'hétérogénéité du sodium liquide, nous appliquerons un champ de température 4D (3D spatiale et 1D temporelle) calculé par modélisation numérique en dynamique des fluides avec LES réalisée par CEA STMF.The ASTRID project, a french sodium-cooled nuclear reactor of 4th generation, is currently under development by the french alternative energies and atomic energy center (CEA). In this project, development of monitoring techniques is identified as an important issue to improve the plant safety. The use of ultrasonic measurement techniques is regarded as a powerful inspection tool due to the opacity of liquid sodium. Inside a cooling circuit, heterogeneity of the medium occurs because of a complex flow state, and then the effects of this heterogeneity on acoustic wave propagation are not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments, and such kind of experiments using liquid sodium may be large-scale. This is a reason why numerical simulation methods are essential. The objective of the study in the thesis is to apply a 3D spectral-element method, that we will show to be suitable to our targets more accurately than more classical numerical simulation methods.We will first study the development potential of ultrasonic thermometry in a liquid fluctuating sodium environment similar to that present in a sodium-cooled fast reactor with 2D simulation. Gaussian random process will be applied to generate fluctuations of temperature. To investigate 3D heterogeneity and more realistic temperature fields in the medium, in a second part of the thesis we will carry out a numerical study for 3D models of the reactor core. To represent the heterogeneity of liquid sodium, a four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics based on a large-eddy simulation performed by CEA STMF will be applied

Étude de la propagation des ultrasons dans un milieu fluide hétérogène en vue de la surveillance en fonctionnement d'un réacteur nucléaire à caloporteur sodium

The ASTRID project, a French sodium-cooled nuclear reactor of 4th generation, is currently under development by the French Alternative Energies and Atomic Energy Center (CEA). In this project, development of monitoring techniques for a nuclear reactor in operation is identified as an important issue to improve the plant safety. The use of ultrasonic measurement techniques (e.g. thermometry, visualization of internal objects) is regarded as a powerful inspection tool for sodium-cooled fast reactors, including ASTRID due to the opacity of liquid sodium.Inside a sodium cooling circuit, heterogeneity of the medium occurs because of a complex flow state, especially when the reactor is in operation, and then the effects of this heterogeneity on acoustic wave propagation are not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments for development of component technologies, and such kind of experiments using liquid sodium may be relatively large-scale, i.e., difficult and expensive. This is a reason why numerical simulation methods are essential before performing real laboratory experiments, or in addition to the number of experimental results, which is necessarily limited due to their difficulty and cost. Though various numerical methods have been applied to model wave propagation in liquid sodium, the community still does not have a verified and fully tested full-wave method for numerical modeling of wave propagation in large-scale three-dimensional heterogeneous sodium reactors. Moreover, inside of a reactor core i.e. in a complex acoustic-elastic coupled region, it is also difficult to simulate such problems with conventional ray-based methods.The objective of the study in the thesis is to contribute to solving these two points by resorting to a three-dimensional spectral-element method, which is a high-order time-domain finite-element method that we will show to be suitable to model our targets (i.e. sodium coolant inside a nuclear reactor) more accurately than more classical numerical simulation methods.We will first study the development potential of ultrasonic thermometry in a liquid fluctuating sodium environment similar to that present in a Sodium-cooled Fast Reactor, and thus investigate if and how ultrasonic thermometry could be used to monitor the sodium flow at the outlet of the reactor core. We will obtain clear time-of-flight variations in the case of a small temperature difference of one percent in the case of a static temperature gradient as well as in the presence of a random fluctuation of the temperature field in the turbulent flow. We will verify that small temperature variations in the sodium flow of e.g. about 1 percent of the sodium temperature, i.e. about 5 degrees Celsius, can have a reliably-measurable acoustic signature. For this calculation, the target domain will be modeled as a two-dimensional medium, and a Gaussian random process will be applied to generate fluctuations of temperature in the liquid sodium.To investigate 3D heterogeneity and more realistic temperature fields in the medium, in a second part of the thesis we will carry out a numerical study for 3D models of the reactor core. To represent the heterogeneity of liquid sodium, a four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics based on a Large-Eddy Simulation performed by CEA STMF will be applied instead of using a cheaper, more classical method such as e.g. a Gaussian random process. We will show that based on that numerical experiment we will be able to analyze the 3D effects of realistic heterogeneity in the propagation medium on the propagation of acoustic waves in liquid sodium, in a jet-mixing experiment called PLAJEST. We will show that from acoustic measurements we can deduce information relevant to design studies in thermal-hydraulics: frequency of temperature variations, delimitation of the zone of greater fluctuation of temperature, and average temperature with respect to altitude.Le projet ASTRID, réacteur nucléaire français de quatrième génération refroidi au sodium, est actuellement en cours de développement par le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Dans ce projet, le développement de techniques de surveillance pour un réacteur nucléaire en fonctionnement est identifié comme un problème majeur pour augmenter la sécurité du réacteur. L'utilisation de techniques de mesure par ultrasons (par exemple thermométrie, visualisation d'objets internes) est considérée comme un puissant outil d'inspection des réacteurs rapides refroidis au sodium, y compris ASTRID en raison de l'opacité du sodium liquide.A l'intérieur d'un circuit de refroidissement au sodium, l'hétérogénéité du milieu se produit du fait de l'état d'écoulement complexe, notamment lorsque le réacteur est en fonctionnement, et les effets de cette hétérogénéité sur la propagation des ondes acoustiques ne sont pas négligeables. Ainsi, il est nécessaire d'effectuer des expériences de vérification pour les développements de technologies pour les composants, sachant que de telles expériences utilisant du sodium liquide peuvent être des expériences à relativement grande échelle. C'est pourquoi les méthodes de simulation numérique sont essentielles avant d'effectuer des expériences physiques en laboratoire, et en complément des résultats expérimentaux, qui sont nécessairement limités en nombre. Bien que diverses méthodes numériques aient été utilisées pour modéliser la propagation d'ondes acoustiques dans le sodium liquide, la communauté n'a toujours pas de méthode de modélisation de formes d'ondes complètes qui soient bien validées dans le cas de modèles tridimensionnels de grande taille présentant des hétérogénéités. De plus, à l'intérieur d'un coeur de réacteur, c'est-à-dire une région couplée acoustique-élastique complexe, il est également difficile de simuler de manière précise de tels problèmes avec des techniques numériques qui soient basées sur du tracé de rais conventionnel.L'objectif de l'étude menée dans le cadre de ma thèse est donc de contribuer à résoudre ces deux points en appliquant une méthode de calcul tridimensionnelle par la technique numérique des éléments spectraux, qui est une méthode d'éléments finis d'ordre élevé calculée dans le domaine temporel, qui peut modéliser nos objets d'étude (par exemple le milieu caloporteur sodium à l'intérieur du réacteur nucléaire) de manière plus précise que les méthodes de simulation plus classiques.Nous étudierons d'abord le potentiel de développement de la thermométrie ultrasonique dans un environnement sodium liquide fluctuant similaire à celui d'un réacteur rapide refroidi au sodium, et étudierons si et comment la thermométrie ultrasonique peut être utilisée pour surveiller le flux de sodium à la sortie du coeur du réacteur. Nous obtiendrons des variations de temps de vol claires dans le cas d'une faible différence de température de 1% dans le cas d'un gradient de température statique ainsi qu'en présence d'une fluctuation aléatoire du champ de température dans le flux turbulent. Nous vérifierons que de petites variations de température dans le flux de sodium de par exemple environ 1% de la température du sodium, c'est-à-dire environ 5 degrés Celsius, peuvent avoir une signature acoustique mesurable de manière fiable. Pour ce calcul, le domaine cible sera modélisé comme un processus aléatoire bidimensionnel et Gaussien appliqué pour générer une fluctuation de la température dans le sodium liquide.Afin d'étudier l'hétérogénéité tridimensionnelle et des champs de température plus réalistes dans le milieu, dans un deuxième temps dans cette thèse nous effectuerons une seconde étude numérique, cette fois-ci à trois dimensions. Pour représenter l'hétérogénéité du sodium liquide, nous appliquerons un champ de température quadridimensionnel (trois dimensions spatiale et une dimension temporelle) calculé par modélisation numérique en dynamique des fluides avec une simulation LES (Large-Eddy Simulation) réalisée par CEA STMF au lieu d'une méthode conventionnelle plus classique et moins chère (par exemple un processus aléatoire Gaussien). Nous montrerons qu'à partir de cette expérience numérique tridimensionnelle, nous serons en mesure d'analyser les effets tridimensionnels de l'hétérogénéité réaliste dans le milieu de propagation sur les ondes acoustiques se propageant dans le sodium liquide, dans une expérience de mélange de jets appelée PLAJEST. Nous montrerons également que l'on peut déduire des mesures acoustiques des informations pertinentes pour des études de conception dans le domaine de la thermo-hydraulique : fréquence des fluctuations de température, délimitation de la zone de plus fortes fluctuations de température, et température moyenne en fonction de l'altitude

Four dimensional wave propagation simulation in liquid metal with realistic thermal fluctuation

International audienceIn this paper, we performed a four-dimensional numerical simulation to calculate wave propagation in a thermal fluctuating liquid metal in order to obtain detailed knowledge on a wave propagation in coolant material of a Sodium-cooled Fast reactor (SFR). The wave and the medium are described in three spatial and one temporal dimensions. We made use of a massive data set to describe the fluctuating situation of the medium. This data set was provided by Computational Fluid Dynamics (CFD) with a Large-Eddy Simulation (LES) model, which calculated the temperature field with a higher spatial resolution than Reynolds-Averaged Navier–Stokes turbulence models (RANS). This data set was furthermore obtained from other studies on a numerical and physical experiment called PLAJEST that created mixing jets of liquid metal in order to simulate the status of running SFRs. Because of the limitation of computational resources, previous acoustic studies applied to such a medium could only use the spatial-temporally averaged fluctuating heterogeneity of a medium calculated by RANS turbulence model. This limitation may overlook wave fluctuation because of the difference of the resolution between computational fluid dynamics and acoustic wave length. Our numerical effort allowed us to study the most realistic acoustic wave propagation in liquid metal than in any former studies. A new important result was obtained in this work as we demonstrated that ultrasonic measurements could follow thermal-hydraulic fluctuations in an opaque liquid with high sensitivity. This result was obtained through the definition of descriptors to analyse medium fluctuations along the wave path. We defined a very new measurement index, called hereafter Cumulated Temperature Fluctuation Intensity (CTFI), to correlate the variations in the thermal-hydraulic conditions to the wave variations. We demonstrated a good correlation between the second derivative of this index and the second derivative of several acoustic measurements, then we discussed the easiest measurements to be used in practice in an industrial setup

Wave propagation simulation in the upper core of sodium-cooled fast reactors using a spectral-element method for heterogeneous media

ASTRID project, French sodium cooled nuclear reactor of 4th generation, is under development at the moment by Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA). In this project, development of monitoring techniques for a nuclear reactor during operation are identified as a measure issue for enlarging the plant safety. Use of ultrasonic measurement techniques (e.g. thermometry, visualization of internal objects) are regarded as powerful inspection tools of sodium cooled fast reactors (SFR) including ASTRID due to opacity of liquid sodium. In side of a sodium cooling circuit, heterogeneity of medium occurs because of complex flow state especially in its operation and then the effects of this heterogeneity on an acoustic propagation is not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments for developments of component technologies, while such kind of experiments using liquid sodium may be relatively large-scale experiments. This is why numerical simulation methods are essential for preceding real experiments or filling up the limited number of experimental results. Though various numerical methods have been applied for a wave propagation in liquid sodium, we still do not have a method for verifying on three-dimensional heterogeneity. Moreover, in side of a reactor core being a complex acousto-elastic coupled region, it has also been difficult to simulate such problems with conventional methods. The objective of this study is to solve these 2 points by applying three-dimensional spectral element method. In this paper, our initial results on three-dimensional simulation study on heterogeneous medium (the first point) are shown. For heterogeneity of liquid sodium to be considered, four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics (CFD) with Large-Eddy Simulation was applied instead of using conventional method (i.e. Gaussian Random field). This three-dimensional numerical experiment yields that we could verify the effects of heterogeneity of propagation medium on waves in Liquid sodium

Simulation of Fluid Dynamics Monitoring Using Ultrasonic Measurements

International audienceThe simulation of the propagation of ultrasonic waves in a moving fluid will improve theefficiency of the ultrasonic flow monitoring and that of the in-service monitoring for various reactorsin several industries. The most recent simulations are mostly limited to 3D representations of theinsonified volume but without really considering the temporal aspect of the flow. The advent of highperformancecomputing (HPC) now makes it possible to propose the first 4D simulations, with therepresentation of the inspected medium evolving over time. This work is based on a highly accuratedouble simulation. A first computational fluid dynamics (CFD) simulation, performed in previouswork, described the fluid medium resulting from the mixing of hot jets in a cold opaque fluid. Therehave been many sensor developments over the years in this domain, as ultrasounds are the onlymethod able to give information in an opaque medium. The correct design of these sensors, as wellas the precise and confident analysis of their measurements, will progress with the development ofthe modeling of wave propagation in such a medium. An important parameter to consider is theflow temperature description, as a temperature gradient in the medium deflects the wave path andmay sometimes cause its division. We develop a 4D wave propagation simulation in a very realistic,temporally fluctuating medium. A high-performance simulation is proposed in this work to includean ultrasonic source within the medium and to calculate the wave propagation between a transmitterand a receiver. The analysis of the wave variations shows that this through-transmission setup cantrack the jet mixing time variations. The steps needed to achieve these results are described using thespectral-element-based numerical tool SPECFEM3D. It is shown that the low-frequency fluctuationof the liquid metal flow can be observed using ultrasonic measurements

Numerical simulation of ultrasonic wave propagation in a sodium cooling system in an inhomogeneous temperature field using the spectral-element method

International audienc

Wave propagation simulation in the upper core of sodium-cooled fast reactors using a spectral-element method for heterogeneous media

ASTRID project, French sodium cooled nuclear reactor of 4th generation, is under development at the moment by Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA). In this project, development of monitoring techniques for a nuclear reactor during operation are identified as a measure issue for enlarging the plant safety. Use of ultrasonic measurement techniques (e.g. thermometry, visualization of internal objects) are regarded as powerful inspection tools of sodium cooled fast reactors (SFR) including ASTRID due to opacity of liquid sodium. In side of a sodium cooling circuit, heterogeneity of medium occurs because of complex flow state especially in its operation and then the effects of this heterogeneity on an acoustic propagation is not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments for developments of component technologies, while such kind of experiments using liquid sodium may be relatively large-scale experiments. This is why numerical simulation methods are essential for preceding real experiments or filling up the limited number of experimental results. Though various numerical methods have been applied for a wave propagation in liquid sodium, we still do not have a method for verifying on three-dimensional heterogeneity. Moreover, in side of a reactor core being a complex acousto-elastic coupled region, it has also been difficult to simulate such problems with conventional methods. The objective of this study is to solve these 2 points by applying three-dimensional spectral element method. In this paper, our initial results on three-dimensional simulation study on heterogeneous medium (the first point) are shown. For heterogeneity of liquid sodium to be considered, four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics (CFD) with Large-Eddy Simulation was applied instead of using conventional method (i.e. Gaussian Random field). This three-dimensional numerical experiment yields that we could verify the effects of heterogeneity of propagation medium on waves in Liquid sodium

Ultrasonic thermometry simulation in a random fluctuating medium: Evidence of the acoustic signature of a one-percent temperature difference

International audienceWe study the development potential of ultrasonic thermometry in a liquid fluctuating sodium environment similar to that present in a Sodium-cooled Fast Reactor, and thus investigate if and how ultrasonic thermometry could be used to monitor the sodium flow at the outlet of the reactor core. In particular we study if small temperature variations in the sodium flow of e.g. about 1% of the sodium temperature, i.e., about 5°C, can have a reliably-measurable acoustic signature. Since to our knowledge no experimental setups are available for such a study, and considering the practical difficulties of experimentation in sodium, we resort to a numerical technique for full wave propagation called the spectral-element method, which is a highly accurate finite-element method owing to the high-degree basis functions it uses. We obtain clear time-of-flight variations in the case of a small temperature difference of one percent in the case of a static temperature gradient as well as in the presence of a random fluctuation of the temperature field in the turbulent flow. The numerical simulations underline the potential of ultrasonic thermometry in such a context