Propagation de la flamme d'hydrogène- air- vapeur d'eau en présence de gouttelettes d'eau

Propagation of Hydrogen Air Vapor Flame in presence of Water Droplets

• Auteur / Autrice : Roberto Caruso
• Direction : Nabiha Chaumeix, Iskender Gökalp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion, Energétique, Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 02/04/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Ernst-Arndt Reinecke
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ernst-Arndt Reinecke, Ernst-Arndt Reinecke, Nabiha Chaumeix, Andrea Comandini, Ahmed Bentaïb
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ernst-Arndt Reinecke, Nabiha Chaumeix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrales nucléaires -- Systèmes de refroidissement

Installations nucléaires -- Mesures de sûreté

Hydrogène (combustible)

Mots clés libres

Hydrogène

Explosion

Gouttelettes

Sûreté nucléaire

Hydrogen

Explosion

Water Spray

Nuclear Safety

Résumé

L'accident de Fukushima en 2011 a remis en évidence les graves conséquences qu'une explosion d’un mélange gazeux à base d'hydrogène induit sur les installations et l'environnement. Lors de cet accident, la destruction complète du réacteur 2 a entraîné un rejet important de poussières radioactives dans l'atmosphère avec de graves conséquences environnementales qui sont encore à l'étude. Une connaissance approfondie de la propagation d'une flamme d'hydrogène dans un environnement confiné est essentielle pour comprendre les conditions de transition entre les régimes de déflagration et de détonation de la flamme qui peuvent compromettre l'intégrité du bâtiment réacteur. Un aspect des aspects qui a été très peu étudié concerne l'impact que l'activation des jets d'eau de refroidissement peut avoir sur la gravité d'une explosion. Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre le rôle de l'injection d'eau pulvérisée sur les régimes de combustion de mélanges hydrogène-air (vitesses de propagation et chargement en pression) dans un espace confiné. Ce travail de recherche a débuté par une étude préliminaire afin d'évaluer l'impact de la présence de vapeur d'eau sur la vitesse laminaire et sur l'épaisseur de flamme. Par la suite, une étude expérimentale a été menée, au laboratoire ICARE-CNRS Orléans, dans un tube d'accélération vertical ENACCEF 1 (volume interne 720 l). Pour mener cette étude, différents mélanges hydrogène/air ont été choisis, représentatifs de différents régimes de combustion, afin d'investiguer l'impact de la pulvérisation d'eau sur une flamme ascendante et descendante. L'ensemble du travail constitue une base de données expérimentale utile pour la validation de codes CFD utilisés dans l'évaluation de la sureté des installations nucléaires.

The Fukushima accident in 2011 highlighted the serious consequences that an explosion of a hydrogen-based gas mixture has on installations and the environment. In this accident, the complete destruction of Reactor 2 resulted in a significant release of radioactive dust into the atmosphere with serious environmental consequences that are still under investigation. A thorough knowledge of the propagation of a hydrogen flame in a confined environment is essential to understand the transition conditions between deflagration and flame detonation regimes that can compromise the integrity of the reactor building. One aspect of the aspects that has been little studied concerns the impact that the activation of cooling water jets can have on the severity of an explosion. The purpose of this thesis work is to better understand the role of water spray injection on the combustion regimes of hydrogen-air mixtures (propagation rates and pressure loading) in a confined space. This research work began with a preliminary study to evaluate the impact of the presence of water vapour on laminar velocity and flame thickness. Subsequently, an experimental study was carried out at the ICARE-CNRS Orléans laboratory in an ENACCEF 1 vertical acceleration tube (internal volume 720 l). To conduct this study, different hydrogen/air mixtures were selected, representative of different combustion regimes, to investigate the impact of water spray on an ascending and descending flame. All the work constitutes a useful experimental database for the validation of CFD codes used in the safety assessment of nuclear installations.