Assessment of numerical schemes for complex two-phase flows with real equations of state

International audienc

A homogeneous model for compressible three-phase flows involving heat and mass transfer.

A homogeneous model is proposed in order to deal with the simulation of fast transient three-phase ows involving heat and mass transfer. The model accounts for the full thermodynamical disequilibrium between the three phases in terms of pressure, temperature and Gibbs enthalpy. The heat and mass transfer between the phases is modeled in agreement with the second law of thermodynamics, which ensures a stable return to the thermodynamical equilibrium. The set of partial differential equations associated with this model is based on the Euler set of equations supplemented by a complex pressure law, and by six scalar-equations that allow to account for the thermodynamical disequilibrium. It therefore inherits a simple wave structure and possesses important mathematical properties such as: hyperbolicity, unique shock definition through Rankine-Hugoniot relations, positivity of the mixture fractions. Hence the computation of approximated solutions is possible using classical algorithms, which is illustrated by an example of simulation of a steam-explosion

Maternal outcomes and risk factors for COVID-19 severity among pregnant women.

Pregnant women may be at higher risk of severe complications associated with the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which may lead to obstetrical complications. We performed a case control study comparing pregnant women with severe coronavirus disease 19 (cases) to pregnant women with a milder form (controls) enrolled in the COVI-Preg international registry cohort between March 24 and July 26, 2020. Risk factors for severity, obstetrical and immediate neonatal outcomes were assessed. A total of 926 pregnant women with a positive test for SARS-CoV-2 were included, among which 92 (9.9%) presented with severe COVID-19 disease. Risk factors for severe maternal outcomes were pulmonary comorbidities [aOR 4.3, 95% CI 1.9-9.5], hypertensive disorders [aOR 2.7, 95% CI 1.0-7.0] and diabetes [aOR2.2, 95% CI 1.1-4.5]. Pregnant women with severe maternal outcomes were at higher risk of caesarean section [70.7% (n = 53/75)], preterm delivery [62.7% (n = 32/51)] and newborns requiring admission to the neonatal intensive care unit [41.3% (n = 31/75)]. In this study, several risk factors for developing severe complications of SARS-CoV-2 infection among pregnant women were identified including pulmonary comorbidities, hypertensive disorders and diabetes. Obstetrical and neonatal outcomes appear to be influenced by the severity of maternal disease

Simulation d'écoulements diphasiques eau-vapeur en présence d'incondensables.

This PhD work deals with the modeling and simulation of multiphase flows that could appear during accidental scenarios which may hypothetically affect a pressurized water reactor. These flows are mainly made up of water, whose gaseous phase is composed of a miscible mixture of non-condensable gases and steam, and which may include in the case of a steam explosion an immiscible third phase formed by molten corium. The considered models aimed to simulate very abrupt phase transitions, during which liquid water and steam are likely to persist in an observable manner outside the conditions of thermodynamic equilibrium. Different aspects of the modeling process are addressed in this work. First, thermodynamic closures are studied by defining realistic and admissible phasic equations of state. A homogeneous two-phase model without non-condensable gases was first equipped with a look-up table based on the IAPWS-IF97 formulation. Since the look-up table was built to fulfill the Gibbs relation, the verification of the model via mesh convergence studies could be achieved. This work also pointed out that the look-up table required a very robust numerical convection scheme, such as the relaxation scheme proposed by C. Chalons and J.-F. Coulombel. A bibliographical review of classical equations of state has therefore been carried out and has shown that semi-analytical equations of state such as the Noble-Able Stiffened Gas appear to be a good compromise in terms of accuracy and efficiency. First results on validation cases have been obtained using a homogeneous model taking into account non-condensable gases, by choosing for liquid water an extension of the NASG EOS, with temperature-dependent heat capacity Cp. Taking into account out-of-equilibrium effects, by correctly defining a time scale describing the return towards thermodynamic equilibrium, seems to be determining to get realistic results.Another part of this work concerns the proposal of a new multifluid three-phase-flow model, designed to model phenomena such as steam explosion. The model has been built step by step in order to guarantee the existence of an entropy inequality. The non-conservative terms have been carefully defined, in order to ensure the uniqueness of the jump conditions. The final model is hyperbolic outside the resonance conditions. Finally, some classical boundary conditions for the monophasic Euler system have been verified. An out-going rarefaction wave leaving the computational domain before the end of the simulation does not raise any issue with the classical conditions used in industrial codes; on the other hand, an out-going shock wave can lead to a numerical inconsistency, depending on the numerical scheme used and the boundary conditions adopted.Cette thèse porte sur la modélisation et la simulation d’écoulements multiphasiques qui pourraient apparaître lors de scénarios accidentels pouvant hypothétiquement affecter un réacteur à eau pressurisée. Il s’agit d’écoulements principalement constitués d’eau, dont la phase gazeuse est composée d’un mélange miscible de gaz incondensables et de vapeur, et qui peuvent comprendre dans le cas de l’explosion vapeur une troisième phase immiscible formée par le corium fondu. Les modèles étudiés doivent être en mesure de simuler des transitions de phases très brutales, durant lesquelles l’eau liquide et l’eau vapeur sont susceptibles de persister de façon observable en dehors des conditions de l’équilibre thermodynamique. Différents aspects du processus de modélisation sont abordés dans ces travaux. Dans un premier temps, on s’intéresse aux fermetures thermodynamiques à adjoindre aux modèles via la définition d’équations d’état phasiques admissibles les plus réalistes possibles. Un modèle homogène diphasique sans prise en compte des gaz incondensables a d’abord été fermé à l’aide une loi tabulée construite à partir de la formulation IAPWS-IF97. Puisque la table a été construite de façon à respecter la relation de Gibbs, la vérification du modèle via des études de convergence en maillage a pu être menée à bien. Ce travail a également souligné que la loi tabulée exigeait un schéma numérique de convection très robuste, tel que le schéma de relaxation proposé par C. Chalons et J.-F. Coulombel. Ces contraintes pratiques poussent à rechercher des lois d’état moins complexes à mettre en oeuvre numériquement. Une revue bibliographique de lois d’état classiques a donc été réalisée et a mis en évidence que les lois d’état semi-analytiques de type Noble-Able Stiffened Gas apparaissent comme un bon compromis en termes de précision et d’efficacité. Des premiers résultats sur des cas de validation ont pu être obtenus à l’aide d’un modèle homogène prenant en compte les gaz incondensables, en choisissant pour l’eau liquide une extension des lois NASG, avec capacité calorifique Cp dépendante de la température. Une bonne prise en compte des effets hors-équilibre, via la définition d’échelle de temps de retour vers l’équilibre thermodynamique, semble déterminante pour obtenir des résultats réalistes.Une autre partie de ces travaux concerne la proposition d’un nouveau modèle triphasique multi-vitesse, destiné à modéliser les phénomènes de type explosion vapeur. Le modèle a été construit pas à pas de façon à garantir l’existence d’une inégalité d’entropie. Une attention particulière a été apportée à la définition des termes non-conservatifs, afin de garantir l’unicité des relations de sauts champ à champ. Le modèle final est hyperbolique en dehors des conditions de résonance. Enfin, un travail transversal à la thèse a porté sur la vérification de conditions limites pour le système d’Euler monophasique. La sortie d’une onde de détente du domaine de calcul ne pose pas de problème avec les conditions classiques utilisées dans les codes industriels; en revanche, la sortie d’une onde de choc peut conduire à une inconsistence numérique, suivant le schéma numérique utilisé et les conditions limites adoptées

Simulation of water-vapor two-phase flows with non-condensable gas

Cette thèse porte sur la modélisation et la simulation d’écoulements multiphasiques qui pourraient apparaître lors de scénarios accidentels pouvant hypothétiquement affecter un réacteur à eau pressurisée. Un modèle homogène diphasique a d’abord été fermé à l’aide une loi tabulée construite à partir de la formulation IAPWS-IF97. Puisque la table a été construite de façon à respecter la relation de Gibbs, la vérification du modèle via des études de convergence en maillage a pu être menée à bien. Sur les cas de validation, une bonne prise en compte des effets hors-équilibre, via la définition d’échelle de temps de retour vers l’équilibre thermodynamique, semble déterminante pour obtenir des résultats réalistes. La quantité de gaz incondensables a de plus une grande influence sur les résultats. Une revue biblio- graphique de lois d’état classiques a enfin mis en évidence que les lois d’état semi-analytiques de type Noble-Able Stiffened Gas apparaissent comme un bon compromis en termes de précision et d’efficacité. Une autre partie de ces travaux concerne la proposition d’un nouveau modèle triphasique multi-vitesse, destiné à modéliser les phénomènes de type explosion vapeur. Enfin, un travail transversal à la thèse a porté sur la vérification de conditions limites pour le système d’Euler monophasique.This PhD work deals with the modelling and the simulation of multphasic flows, which may appear during hypothetical accidental scenarios, which might affect the primary circuit of a pressurized water reactor. A homogeneous two-phase flow model has been closed with a look-up table based on the IAPWS-IF97 formulation. As the look-up table fulfills the Gibbs relation, verification of the model has been achieved thanks to convergence studies. On validation test cases, out-of-equilibrium effects have to be taken into account to get realistic results, through the definition of a time scale for the return towards thermodynamical equilibrium. The proportion of non-condensable gas in the mixture has a strong influence on results. Classical equations of state (EOS) have morevover been studied. Noble-Stiffened gas EOS appears as a good compromise in terms of accuracy and efficiency. Another part of this work consists in the proposition of a new three-phase flow multifluid model with four fields to model the explosion vapor phenomenon. Last, some classical numerical boundary conditions for the monophasic Euler system have been verified

Simulation of water-vapor two-phase flows with non-condensable gas

Cette thèse porte sur la modélisation et la simulation d’écoulements multiphasiques qui pourraient apparaître lors de scénarios accidentels pouvant hypothétiquement affecter un réacteur à eau pressurisée. Un modèle homogène diphasique a d’abord été fermé à l’aide une loi tabulée construite à partir de la formulation IAPWS-IF97. Puisque la table a été construite de façon à respecter la relation de Gibbs, la vérification du modèle via des études de convergence en maillage a pu être menée à bien. Sur les cas de validation, une bonne prise en compte des effets hors-équilibre, via la définition d’échelle de temps de retour vers l’équilibre thermodynamique, semble déterminante pour obtenir des résultats réalistes. La quantité de gaz incondensables a de plus une grande influence sur les résultats. Une revue biblio- graphique de lois d’état classiques a enfin mis en évidence que les lois d’état semi-analytiques de type Noble-Able Stiffened Gas apparaissent comme un bon compromis en termes de précision et d’efficacité. Une autre partie de ces travaux concerne la proposition d’un nouveau modèle triphasique multi-vitesse, destiné à modéliser les phénomènes de type explosion vapeur. Enfin, un travail transversal à la thèse a porté sur la vérification de conditions limites pour le système d’Euler monophasique.This PhD work deals with the modelling and the simulation of multphasic flows, which may appear during hypothetical accidental scenarios, which might affect the primary circuit of a pressurized water reactor. A homogeneous two-phase flow model has been closed with a look-up table based on the IAPWS-IF97 formulation. As the look-up table fulfills the Gibbs relation, verification of the model has been achieved thanks to convergence studies. On validation test cases, out-of-equilibrium effects have to be taken into account to get realistic results, through the definition of a time scale for the return towards thermodynamical equilibrium. The proportion of non-condensable gas in the mixture has a strong influence on results. Classical equations of state (EOS) have morevover been studied. Noble-Stiffened gas EOS appears as a good compromise in terms of accuracy and efficiency. Another part of this work consists in the proposition of a new three-phase flow multifluid model with four fields to model the explosion vapor phenomenon. Last, some classical numerical boundary conditions for the monophasic Euler system have been verified

A HOMOGENEOUS MODEL FOR COMPRESSIBLE THREE-PHASE FLOWS INVOLVING HEAT AND MASS TRANSFER.

International audienceA homogeneous model is proposed in order to deal with the simulation of fast transient three-phase flows involving heat and mass transfer. The model accounts for the full thermodynam-ical disequilibrium between the three phases in terms of pressure, temperature and Gibbs enthalpy. The heat and mass transfer between the phases is modeled in agreement with the second law of ther-modynamics, which ensures a stable return to the thermodynamical equilibrium. The set of partial differential equations associated with this model is based on the Euler set of equations supplemented by a complex pressure law, and by six scalar equations that allow to account for the thermodynamical disequilibrium. It therefore inherits a simple wave structure and possesses important mathematical properties such as: hyperbolicity, unique shock definition through Rankine-Hugoniot relations, pos-itivity of the mixture fractions. Hence the computation of approximated solutions is possible using classical algorithms, which is illustrated by an example of simulation of a steam-explosion

Evaluation de l'outil de recherche Doc'CISMeF (une étude quasi-randomisée auprès des médecins généralistes)

Comment le praticien peut-il et doit-il actuellement se documenter? Les publications médicales se multiplient de façon exponentielle et la recherche documentaire est devenue fastidieuse. Pour le praticien soucieux d'exercer une médecine fondée sur les preuves, les recommandations professionnelles sont une alternative intéressante. En effet, ce sont des propositions issues d'une synthèse méthodique de la littérature médicale. Créées pour améliorer la qualité des soins, elles aident le professionnel de santé et le patient à prendre les décisions les plus appropriées. Utilisées également pour maîtriser les dépenses médicales, elles sont un véritable enjeu de santé publique. Pourtant, l'impact des recommandations professionnelles reste limité. Pour améliorer leur intégration à la pratique clinique, il est nécessaire d'optimiser les stratégies d'élaboration, de diffusion et de mise en oeuvre de ces documents. L'Internet diffuse de nombreuses recommandations professionnelles mais également des ressources médicales de tout type et de qualité hétérogène. La recherche de l'information en santé y demeure problématique malgré le développement de moteurs de recherche et répertoires. CISMeF, le site web du CHU de Rouen. a pour objectif de faciliter l'accès à des documents médicaux de qualité, en français et gratuits. Une étude quasi-randomisée confirme l'efficacité de son outil de recherche, Doc'CISMeF, pour la diffusion des recommandations professionnelles auprès des médecins généralistes. De plus, ce travail rapporte qu'une formation à son utilisation ne modifie pas les performances de recherche. Doc'CISMeF peut devenir ainsi un support de référence pour différentes applications de diffusion d'informations en santé.ROUEN-BU Médecine-Pharmacie (765402102) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

A four-field three-phase flow model with both miscible and immiscible components

International audienceA three-phase flow model with hybrid miscibility constraints is proposed: three immiscible phases are considered (liquid water, liquid metal and gas) but the gaseous phase is composed with two miscible components (steam water and non-condensable gas). The modelling approach is based on the building of an entropy inequality for the system of partial differential equations: once an interfacial velocity is given by the user, the model is uniquely defined, up to some relaxation time scales, and source terms complying with the second principle of thermodynamics can then be provided. The convec-tive part of the system is hyperbolic when fulfilling a non-resonance condition and classical properties are studied (Riemann invariants, symmetrization). A key property is that the system possesses uniquely defined jump conditions. Last, preservation of thermodynamically admissible states and pressure relaxation are investigated

Mélanger des gaz raides pour créer de nouvelles lois d'état

EDF needs reliable numerical simulations of two-phase flow phenomena for safety issue. Some hypothetical accidental scenarios involve rapid transients with important mass transfer. A model able to account for thermodynamical disequilibria may be needed. Currently, to describe each phase, the codes use either simple analytical equations of state like the stiffened gas equation of state, realistic only around a reference point ; or look-up tables of complex equations of state, CPU-time consuming. During the "Semaine d'Etudes Maths Entreprise" (SEME), we wondered if the water steam could be approached by a stiffened gas or a mix of two stiffened gases. We first conducted an analysis of thermodynamics equations in order to formulate a state equation in the (p, T) plane, before building a parameters optimization algorithm to approximate the IAPWS-97 formulation, the reference equation of state for water built from a set of measurements.EDF réalise des études numériques afin de consolider la démonstration de sûreté du parc nucléaire. Afin de simuler des scénarii accidentels pouvant hypothétiquement affecter le réacteur, les codes de calculs doivent être en mesure de représenter des situations physiques complexes, fortement instationnaires avec une thermodynamique potentiellement hors-équilibre. A l'heure actuelle, les codes utilisent soit des lois d'états phasiques assez simples, de type gaz raides, réalistes uniquement près d'un point de fonctionnement ; soit des tabulations, coûteuses en temps de calcul. L'objectif de ce travail est de proposer des lois d'états réalistes pour l'eau, mais qui restent relativement simples analytiquement. Pendant la Semaine d'Etudes Maths Entreprise" (SEME), nous nous sommes intéressés à la modélisation de la vapeur d'eau. Notre idée de départ est la suivante : la vapeur d'eau peut-elle être modélisée par un mélange de deux gaz raides ? Nous avons d'abord mené une analyse des équations de la thermodynamique de façon à formuler une équation d'état dans le plan (p, T). Nous avons ensuite implémenté un algorithme pour optimiser les paramètres de ces équations afin de minimiser l'écart avec la formulation IAPWS-97, qui sert ici de loi d'état de référence pour l'eau