Application de la stéréo PIV pour la mesures des écoulements bidirectionnels de fumée d'incendie traversant une trémie horizontale

International audienceL’écoulement des fumées à un passage d’une ouverture horizontale reliant deux compartiments superposés est étudié expérimentalement. Dans cette étude la technique de stéréo PIV est appliquée pour l’écoulement en convection mixte et en convection naturelle. Cet échange est gouverné à la fois par les effets de flottabilité dûs à une différence de température du fluide contenu dans les deux compartiments, et les effets d’une ventilation mécanique appliqué dans le compartiment inférieur. Une telle configuration entraîne un échange uni- ou bi-directionnel à travers l’orifice. Dans les expériences, la flottabilité est induite dans le compartiment inférieur grâce à une résistance électrique. Les résultats en convection naturelle montrent une forte similitude avec les résultats en convection mixte dans le régime bi-directionel

Evaluation of CFD simulations of transient pool fire burning rates

Fire is the most commonly occurring major accident hazard in the chemical and process industries, with industry accident statistics highlighting the liquid pool fire as the most frequent fire event. Modelling of such phenomena feeds heavily into industry risk assessment and consequence analyses. Traditional simple empirical equations cannot account for the full range of factors influencing pool fire behaviour or increasingly complex plant design. The use of Computational Fluid Dynamics (CFD) modelling enables a greater understanding of pool fire behaviour to be gained numerically and provides the capability to deal with complex scenarios. This paper presents an evaluation of the Fire Dynamics Simulator (FDS) for predictive modelling of liquid pool fire burning rates. Specifically, the work examines the ability of the model to predict temporal variations in the burning rate of open atmosphere pool fires. Fires ranging from 0.4 to 4 m in diameter, involving ethanol and a range of liquid hydrocarbons as fuels, are considered and comparisons of predicted fuel mass loss rates are compared to experimental measurements. The results show that the liquid pyrolysis sub-model in FDS gives consistent model performance for fully predictive modelling of liquid pool fire burning rates, particularly during quasi-steady burning. However, the model falls short of predicting the subtleties associated with each phase of the transient burning process, failing to reliably predict fuel mass loss rates during fire growth and extinction. The results suggest a range of model modifications which could lead to improved prediction of the transient fire growth and extinction phases of burning for liquid pool fires, specifically, investigation of: ignition modelling techniques for high boiling temperature liquid fuels; a combustion regime combining both infinite and finite-rate chemistry; a solution method which accounts for two- or three-dimensional heat conduction effects in the liquid-phase; alternative surrogate fuel compositions for multi-component hydrocarbon fuels; and modification of the solution procedure used at the liquid-gas interface during fire extinction

Contribution à l'étude de la dynamique des incendies en milieu confiné et mécaniquement ventilé

ISBN 978-2-9545237-6-7Ce mémoire présente une contribution à l’étude de la dynamique des incendies en milieu confiné et mécaniquement ventilé. Il propose une synthèse des travaux de recherche réalisés durant une dizaine d’années sur des mécanismes physiques rencontrés au cours d’un incendie. Ces recherches sont motivées par la nécessité d’améliorer la connaissance et de développer des outils de calculs prédictifs permettant la maîtrise des risques associés aux incendies dans les installations nucléaires. Après une introduction rappelant le cadre des activités de recherche et mon parcours scientifique, le mémoire aborde quatre thèmes spécifiques aux incendies en milieux confinés et ventilés : les régimes de combustion en milieu sous-oxygéné, la dynamique des incendies et les variations de pression associées, la propagation des fumées et la métrologie pour des expériences d’incendie à grande échelle.Le premier chapitre présente le comportement particulier de la combustion d’un feu de nappe en régime sous-ventilé. À partir d’expérimentations à grande échelle, l’influence de la concentration d’oxygène et de la température des gaz sur la puissance de l’incendie est présentée. L’interprétation des expériences met en avant les rôles prédominants de la ventilation et des propriétés thermiques du compartiment sur le déroulement de l’incendie.La seconde partie illustre à travers l’analyse d’expérimentations de feux de nappes, le phénomène des variations de pression des gaz induites par la dynamique de l’incendie. Ces variations de pression résultent du changement des conditions thermodynamiques des gaz induit par le feu et le caractère confiné du compartiment. Elles peuvent avoir un impact sur la sûreté d’une installation industrielle.La troisième partie présente une synthèse de travaux de recherche sur la propagation des fumées dans des enceintes confinées et mécaniquement ventilées. Les thèmes abordés concernent le rôle du confinement et le rôle de la stratification verticale des fumées sur les écoulements de panache, sous-plafond et les écoulements de transfert à travers un passage de porte ou à travers la section horizontale d’une trémie.Enfin, une dernière partie traite des développements métrologiques pour la réalisation d’expériences d’incendie à grande échelle. Un exemple de développement d’une méthode inverse pour la détermination expérimentale de la puissance d’un feu est proposé. Ce travail met en avant l’intérêt des techniques de mesure « inverses » pour les expériences d’incendie au cours desquelles certaines grandeurs sont difficilement mesurables.Le mémoire conclut sur un bilan des acquis de cette recherche et une proposition de thématiques futures.Le détail de mon parcours professionnel et la liste des publications sont présentés dans le dernier chapitre

Contribution à l'étude de la dynamique des incendies en milieu confiné et mécaniquement ventilé

ISBN 978-2-9545237-6-7Ce mémoire présente une contribution à l’étude de la dynamique des incendies en milieu confiné et mécaniquement ventilé. Il propose une synthèse des travaux de recherche réalisés durant une dizaine d’années sur des mécanismes physiques rencontrés au cours d’un incendie. Ces recherches sont motivées par la nécessité d’améliorer la connaissance et de développer des outils de calculs prédictifs permettant la maîtrise des risques associés aux incendies dans les installations nucléaires. Après une introduction rappelant le cadre des activités de recherche et mon parcours scientifique, le mémoire aborde quatre thèmes spécifiques aux incendies en milieux confinés et ventilés : les régimes de combustion en milieu sous-oxygéné, la dynamique des incendies et les variations de pression associées, la propagation des fumées et la métrologie pour des expériences d’incendie à grande échelle.Le premier chapitre présente le comportement particulier de la combustion d’un feu de nappe en régime sous-ventilé. À partir d’expérimentations à grande échelle, l’influence de la concentration d’oxygène et de la température des gaz sur la puissance de l’incendie est présentée. L’interprétation des expériences met en avant les rôles prédominants de la ventilation et des propriétés thermiques du compartiment sur le déroulement de l’incendie.La seconde partie illustre à travers l’analyse d’expérimentations de feux de nappes, le phénomène des variations de pression des gaz induites par la dynamique de l’incendie. Ces variations de pression résultent du changement des conditions thermodynamiques des gaz induit par le feu et le caractère confiné du compartiment. Elles peuvent avoir un impact sur la sûreté d’une installation industrielle.La troisième partie présente une synthèse de travaux de recherche sur la propagation des fumées dans des enceintes confinées et mécaniquement ventilées. Les thèmes abordés concernent le rôle du confinement et le rôle de la stratification verticale des fumées sur les écoulements de panache, sous-plafond et les écoulements de transfert à travers un passage de porte ou à travers la section horizontale d’une trémie.Enfin, une dernière partie traite des développements métrologiques pour la réalisation d’expériences d’incendie à grande échelle. Un exemple de développement d’une méthode inverse pour la détermination expérimentale de la puissance d’un feu est proposé. Ce travail met en avant l’intérêt des techniques de mesure « inverses » pour les expériences d’incendie au cours desquelles certaines grandeurs sont difficilement mesurables.Le mémoire conclut sur un bilan des acquis de cette recherche et une proposition de thématiques futures.Le détail de mon parcours professionnel et la liste des publications sont présentés dans le dernier chapitre

Repeatability assessment of large-scale fire experiment involving water spray system in a forced ventilated compartment

International audienceRepeatability of large scale fire test remains a key issue for code validation process. Most of the large scale experimental studies are based on single experiment and the influence of repeatability is barely considered in the test analysis process. Due to the substantial cost, reproducing several trials of a given large scale fire scenario is not often performed. In the framework of the OECD PRISME 2 project, this topic has been identified and a specific large scale fire test has been repro-duced twice in the final goal of assessing the level of repeatability. The scenario is an oil pool fire in a enclosure mechanically ventilated and during which a water spray system is activated. The analysis consists in identifying a set of variables on which metrics is applied in order to quantify the levels of discrepancy between the two tests. A set of 27 variables are selected such as they characterize the whole fire scenario (the fire source, the gas phase, walls, the ventilation network and the water spray system). The analysis points out that the repeatability levels are different depending on the type of variable. The gas temperature or species concentrations are more re-peatable than gas pressure or air flow rate. In addition, a new methodology is proposed in com-paring, for each physical variable, the variations due to repeatability (i.e. the precision) and the uncertainty. A new metric is proposed helping modelers in code validation process

Experimental and numerical analysis of fire scenarios involving two mechanically ventilated compartments connected together with a horizontal vent

International audienceThis work deals with an experimental and numerical investigation of fire scenario involving two rooms mechanically ventilated and connected together with a horizontal vent. The objective is to investigate the effect of a horizontal opening on a fire scenario and especially on the burning rate. The study is based on the analysis of a set of large scale fire experiments performed in the framework of the OECD PRISME-2 project in the DIVA multi-room facility of the Institut de Ra-dioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), and of numerical simulations performed with the ISIS CFD code developed by IRSN. The fire scenario consists of two rooms, one above the other, mechanically ventilated, and connected to each other with a horizontal vent of 1 m2. The fire is heptane pool fire located in the lower room. The analysis focuses on the coupling between the burning rate, the flow at the vent and the configuration of the mechanical ventilation. Several regimes of combustion are encountered from well ventilated steady fire to under-ventilated un-steady and oscillatory fire. The results show that the burning rate is controlled by both the me-chanical ventilation and the downward flow from the vent. The numerical simulations highlight the specific pattern of the oxygen concentration field induced by the downward flow at the vent

Interaction between water spray and smoke in a fire event in a confined and mechanically ventilated enclosure

International audienceThis work deals with the interaction between water droplet flows and smoke in a fire event in a confined and ventilated enclosure. The objective is to identify the specific effect of water spray in the specific environment of a confined and ventilated enclosure. The study is based on 17 large-scale fire tests performed in one room of 165 m3 ventilated at a renewal rate of 15.4 h−1. The fire source is a propane gas burner with a heat release rate of between 140 and 290 kW. The water spray system consists of two Deluge nozzles with a nozzle coefficient of 26 l/min/bar0.5. The test parameters are the fire heat release rate, the water flow rate, from 50 to 124 l/min, and the activation time. The study focuses on three topics, the interaction of the droplets with the smoke, the droplet evaporation process and the energy transferred to the droplets. The water spray significantly modifies the smoke stratification by mixing and cooling the gas phase. The rate of droplet evaporation has been determined from the water mass balance and is of the same order of magnitude as the rate of water vapor production by the combustion reaction. Heat transfer from the smoke to the droplets has been investigated using the energy balance equation. For a fire scenario in a confined and ventilated enclosure, the energy released by the fire is mainly transferred to the walls and extracted by the ventilation network. In the event of water spray activation, a significant share, up to 65%, is transferred to the droplet flows. © 2017 Elsevier Lt

Computational Fluid Dynamics Simulations of Water Spray Interaction with a Fire-Driven Flow in a Confined and a Mechanically Ventilated Enclosure

International audienceThe paper presents a detailed numerical study on the interaction between two water sprays and a fire-driven flow in a confined and mechanically ventilated enclosure of 4.9 m × 8.7 m × 3.9 m (height). The fire source is a 1.2 m × 1.2 m × 0.3 m propane burner, which is positioned in a corner and generates a well-controlled heat source of about 290 kW. The mechanical ventilation consists mainly of an inlet and an extraction ductdelivering each a flow rate of about 2500 m3/h. The two nozzles are mounted at 0.9 m below the ceiling and deliver a total flow rate of 107 l/min with a volume-median droplet diameter of about 470 μm. The CFD simulations carried out with the Fire Dynamics Simulator (FDS, 6.7.0) show a good agreement with the experimentally measured room pressure profile. More particularly, the under-pressure peak which occurs upon activation of the water spray system is well-predicted (i.e., -993 Pa in the experiments Vs -832 Pa in the simulations) provided that a sufficiently computational droplet injection rate is prescribed (Np = 80,000 droplets per second). As observed in the experiments, the CFD simulations show that the watersprays cause a relatively uniform species and temperature distribution from floor to ceiling. Thermal stratification is sustained though, especially in the region between the nozzles and the ceiling. Finally, an energy balance analysis shows that the experimentally estimated fraction of heat absorbed by the water (i.e., 65%) is higher than the one calculated in CFD (i.e., 40%)

Experimental and numerical study of fire event involving two simultaneous fire sources in confined and ventilated compartments

International audienceThe study deals with fire events involving two simultaneous fire sources in a confined and ventilated set of enclosures. Within the framework of fire safety assessment in nuclear facilities, it aims at investigating two configurations, one with two fire rooms separated by an adjacent empty room and a second one with two adjacent fire rooms. The objective is to analyse how a secondary fire may influence a primary fire, the flows at doorways and the overall smoke propagation. Some experimental results obtained for two large scale fire tests performed with gas burners are discussed. A specific analysis of the level of temperature in the fire rooms and in the adjacent room is presented. Numerical simulations with a zone approach are performed and satisfactory agreements are found between calculations and experimental data. The study shows that the distance between fires in case of multiple fire event is an important parameter. Close fires lead to an increase in aggression around the fire place whereas distance fire contributes to maximize the smoke temperature and therefore the aggression in the neighbouring area around fire places