Études sur la dynamique d'un panache massique en champ libre et en milieu confiné ventilé. Application à la simulation sur maquette des feux en tunnels. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Studies of the dynamics of a buoyant plume evolving into a free medium and in a confined and ventilated environment. Application to the simulation on scale-down model of tunnel fires.

Études sur la dynamique d'un panache massique en champ libre et en milieu confiné ventilé. Application à la simulation sur maquette des feux en tunnels.

Résumé

Research works presented in this thesis deal with the modelling on a scale-down model of a tunnel fire plume by a densimetric plume formed by the steady release into a channel of a light gas (air-helium). The objective of these works is to improve the modelling technique from theoretical, experimental and numerical studies of the dynamics of a buoyant plume evolving into a free medium as well as in a confined and ventilated environment.
At first, an integral model is developed in order to describe the behaviour of a buoyant plume rising in free medium, unstratified and at rest. This theoretical development highlights the fact that evolutions with height of plume characteristics can be deduced from the one of a single quantity, the "plume function". Then, numerical simulations are performed with the Fire Dynamic Simulator code (FDS) on increasingly complex situations : helium plume rising in a free medium and in a confined and ventilated environment (like a tunnel). Numerical results obtained for a confined and ventilated environment are encouraging, in good agreement with experimental data. Numerical and experimental results, obtained during a RGC&U national research project, allow to highlight the phenomena which are responsible for the tridimensional behaviour of a fire plume in a longitudinally ventilated tunnel. Finally, for experiments on a scale-down model, similarity rules are derived from the governing equations to simulate a fire plume by a light gas plume. The fire is modelled by the release of a light gas air-helium mixture. Source characteristics are adjusted in order to reproduce the density of the fire induced smoke.
Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la simulation sur maquette d'un panache d'incendie en tunnel par un panache massique formé par le rejet continu en canal d'un gaz léger (air-hélium). L'objectif de ces travaux est d'améliorer la technique de simulation à partir d'études théorique, expérimentale et numérique sur la dynamique d'un panache massique en champ libre ainsi qu'en milieu confiné ventilé.
Dans un premier temps, un modèle théorique de type intégral est développé pour décrire le comportement d'un panache massique se développant en champ libre, dans un fluide ambiant au repos et non stratifié. Ce développement théorique met en évidence que les évolutions avec l'altitude des caractéristiques du panache peuvent être déduites de celle d'un paramètre unique, la "fonction panache". Dans un second temps, des simulations numériques sont réalisées à l'aide du code de calcul Fire Dynamic Simulator (FDS) dans des situations de plus en plus complexes : panache massique d'hélium en champ libre puis en milieu confiné et ventilé (type tunnel). Les résultats de simulations numériques obtenus pour un milieu confiné et ventilé sont encourageants, en bon accord avec des données expérimentales. Les résultats numériques et expérimentaux, obtenus dans le cadre d'un projet de recherche national RGC&U, permettent de mettre en lumière les mécanismes à l'origine du caractère fortement tridimensionnel d'un panache d'incendie dans un tunnel ventilé longitudinalement. Enfin, dans le cadre des essais sur maquette, les règles de similitude pour la simulation d'un panache d'incendie réel par un panache massique sont établies à partir des équations physiques. Le foyer est modélisé par le rejet d'un mélange gazeux léger air-hélium dont les caractéristiques sont ajustées afin de correctement reproduire la masse volumique des fumées d'incendie.
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Dates et versions

tel-00377216 , version 1 (21-04-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00377216 , version 1

Citer

Ghislain Michaux. Études sur la dynamique d'un panache massique en champ libre et en milieu confiné ventilé. Application à la simulation sur maquette des feux en tunnels.. Physique [physics]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00377216⟩

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