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Theses Year : 2015

Experimental and Numerical Study of Smoke Spreading in an Underground Subway with Passenger Accesses and Forced Ventilation Systems

Etude expérimentale et numérique du développement d'un écoulement chaud vertical en milieu semi-confiné sous l'influence d'une ventilation mécanique. Application à une station de métropolitain

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Abstract

Smoke spreading in an underground subway station is analyzed and studied by taking into account parameters such as passenger accesses and forced ventilation systems. Two sub-scale models are considered to arise such analysis ; based on the Froude number (Fr) or momentum ratio(r). The first experiment based on Froude number conservation is conducted on a 1/30e scale modelof a realistic subway station with fire provided from an air-butane burner. Due to restricted access to local temperature and velocity measurements, a second model was entirely developed during the course of this work ; the main issue is to study momentum ratio and thermal spreading. Numerical studies were in parallel carried out from an house-code LES turbulent model.Four main parameters were thus identified : tunnel/station height ratio (H/H0), ventilation massflowrate, number and position of accesses and hydraulic network in which the subway station islocated. « Critical » flowrate can be imposed in order to avoid thermal speading within the passenger accesses and consequently a critical factor was defined. The air/smoke flow is strongly linked to the number and position of accesses and also of the geometrical configuration. Two or three regimes can be identified. Finally internal flows in the accesses and in the station are also strongly influenced by the pressure drop of the hydraulic network.
La compréhension des écoulements de fumées issus d’un foyer d’incendie au sein d’une station souterraine de métropolitain, en présence d’accès passagers et d’une ventilation mécanique forcée,constitue l’objectif principal de ce présent mémoire. Deux maquettes basées sur le nombre de Froude (Fr) et sur le rapport de quantité de mouvement (r) sont mises en place. La première, préexistante,représente une station complète à échelle 1/30e et l’incendie y est simulé par un brûleur air-butane. Cependant, l’analyse y est limitée à une approche globale et le manque d’information sur le développement des écoulements internes est préjudiciable. Une seconde maquette adonc été développée, version simplifiée de la précédente, permettant d’étudier finement (vitesse,température) la confrontation entre un jet chaud vertical et un écoulement froid traversier. Cette approche expérimentale est complétée par des simulations numériques LES permettant d’accéder aux champs 3D. Les études réalisées ont mis en évidence 4 paramètres influents couplés : la différence de hauteur station-tunnel (H/H0), le débit de ventilation, le nombre et la position des accès et le réseau hydraulique du tunnel amont. Quelle que soit la configuration, un débit d’extraction« critique » peut-être mis en place pour contrer la contamination thermique des accès, définissant ainsi un facteur r « critique ». De plus, les écoulements dans les accès et dans la station sont dépendants de leur nombre et de leur position : suivant les configurations, deux ou trois régimes sont obtenus. Enfin, la représentativité du réseau présente une forte influence sur les écoulements internes.
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  • HAL Id : tel-01390196 , version 1

Cite

Bastien Giachetti. Etude expérimentale et numérique du développement d'un écoulement chaud vertical en milieu semi-confiné sous l'influence d'une ventilation mécanique. Application à une station de métropolitain. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2015. Français. ⟨NNT : 2015ESMA0003⟩. ⟨tel-01390196⟩
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