ETD

• air
• computational code
• nuclear reactor
• THEDI
• thermal-hydraulic

This Master's thesis in Nuclear Engineering, carried out in collaboration with CEA, focuses on the enhancement, verification, and application of THEDI, a multi-1D system thermal-hydraulic code. The main objective is to validate the code for the analysis of the "Blue Capsule", a Generation IV High-Temperature Reactor (HTR) utilizing a liquid sodium primary loop and an open-loop air circuit for the secondary system.

The work extends THEDI's capabilities by implementing non-condensable gas simulations via the EOS library to model air in the secondary circuit. The verification process was conducted in two phases: first, by comparing the results against analytical solutions, and second, through a benchmark with the French reference code CATHARE3 under natural circulation conditions. Additionally, a "crossed-secant" acceleration scheme was introduced, reducing computation time by over 50%.

Finally, the code was applied to simulate the reactor under steady-state conditions and an Unprotected Loss of Heat Sink (ULOHS) accident scenario, demonstrating its accuracy in reproducing thermodynamic balances and reactor stability due to negative reactivity feedbacks.

Questa tesi magistrale in Ingegneria Nucleare, svolta in collaborazione con il CEA, si concentra sul potenziamento e sulla verifica di THEDI, un codice termo-idraulico di sistema multi-1D. L'obiettivo principale è validare il codice per l'analisi del reattore di IV Generazione "Blue Capsule", un HTR (reattore ad alta temperatura) raffreddato a sodio liquido nel circuito primario e ad aria in quello secondario.

Il lavoro estende le capacità di THEDI includendo la simulazione di gas non condensabili (grazie alla libreria EOS), necessaria proprio per gestire la presenza di aria nel circuito secondario. Il processo ha previsto una verifica in due fasi: prima confrontando i risultati con soluzioni analitiche semplici, poi eseguendo un benchmark con il codice di riferimento francese CATHARE3 in condizioni di circolazione naturale. Inoltre, è stato introdotto uno schema di accelerazione ("crossed-secant") che ha ridotto i tempi di calcolo di oltre il 50%.

Infine, il codice è stato applicato per simulare il reattore sia in regime stazionario sia in un transitorio accidentale di perdita non protetta del pozzo freddo (ULOHS). La simulazione ha dimostrato l'accuratezza del codice nel riprodurre i bilanci termodinamici e la stabilità del reattore di fronte all'incidente grazie ai feedback di reattività negativi.