Contribution à l’étude des foyers d’incendie en hauteur dans un compartiment ventilé mécaniquement

Contribution to the study of elevated fires in mechanically ventilated compartments

• Auteur / Autrice : Emeline Georges
• Direction : Olivier Vauquelin, Hugues Prétrel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 28/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, IUSTI (Marseille) - Laboratoire d'Expérimentation des Feux (Saint-Paul-Lez-Durance ; 2012-2024)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Le Niliot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kevin Varrall, Agnès Delmas, Tarek Beji, Abdenour Amokrane, Philippe March
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Tihay, Jean-Pierre Garo
• DOI : 10.70675/fea90e1cz9cb9z49adzbaffzee7fa92990bf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Incendies

Installations nucléaires

Mots clés libres

Incendies

Foyers en hauteur

Compartiment

Fire

Elevated fires

Compartment

Résumé

Ce travail traite du comportement thermophysique d’un incendie en partie haute d’un local pour des applications concernant l’évaluation du risque incendie dans les installations nucléaires. Il aborde les effets antagonistes du manque d’oxygène et de l’augmentation des flux thermiques externes sur la pyrolyse du combustible et la distribution des fumées. L’étude s’appuie sur une approche expérimentale à échelle réduite utilisant des feux de nappe et une approche numérique CFD. Les paramètres d’étude sont la position verticale du foyer dans l’enceinte, le diamètre des bacs de combustible et le débit de ventilation du local. Les grandeurs analysées sont le débit de pyrolyse, la stratification thermique et la concentration en espèces chimiques des gaz. Dans une ambiance oxygénée (fort débit de ventilation), les résultats montrent l’existence de deux régimes de combustion, dits impactant et non impactant, se distinguant par une élévation critique du foyer qui est corrélée à la hauteur de flamme. La puissance du foyer est inchangée dans le régime non impactant alors que celle-ci croît dans le régime impactant en raison de l’étalement de la flamme sous le plafond du compartiment. Dans une ambiance viciée (débit d’extraction faible), la puissance du foyer est réduite pour les deux régimes en raison de la sous-oxygénation de l’environnement. Une corrélation exprimant le débit de pyrolyse en fonction de l’élévation, la hauteur du bac et le débit de ventilation est proposée avec le support d’une technique de machine learning. L’analyse est complétée par des simulations numériques 3D en LES montrant l’influence de l’élévation sur les champs de température, de concentration d’espèces chimiques et de vitesse

This work deals with the thermophysical behaviour of a fire in the upper part of a room for applications such as fire risk assessment in nuclear facilities. It addresses the antagonistic effects of oxygen deficiency and increased external heat fluxes on fuel pyrolysis and smoke distribution. The study is based on a reduced-scale experimental approach using pool fires and a CFD numerical approach. The study parameters are the elevation of the fire in the enclosure, the diameter of the fuel pans and the room ventilation flow rate. The variables analysed are the mass loss rate, thermal stratification and gas chemical species concentration. In an oxygenated environment (high ventilation flow rate), the results show two combustion regimes, non-impinging and impinging flame, distinguished by a critical fire elevation that correlates with flame height. The heat release rate remains unchanged in the non-impinging regime, whereas it increases in the impinging regime as the flame spreads on the compartment ceiling. In a vitiated environment (low extraction flow rate), heat release rate is reduced for both regimes, due to under-oxygenation of the environment. A correlation expressing mass loss rate as a function of elevation, pan diameter and ventilation flow rate is proposed with the support of a machine learning technique. The analysis is completed by 3D numerical simulations in LES showing the influence of elevation on temperature, chemical species concentration and velocity fields