Thèse de Doctorat 2016-19 (Minh Le Van)

Modélisation de la combustion de matériaux solides dans des conditions caractéristiques des feux en milieu sous ventilé – Utilisation d’une approche de cinétique chimique non infiniment rapide

L’ingénierie de sécurité incendie fait une utilisation importante des outils CFD de simulation numérique, par exemple le Simulateur de Dynamique de Feu (FDS) et FireFOAM. Les modèles CFD fournissent une description de la décomposition thermique de combustibles solides, des aspects turbulents et de mélange ainsi que des processus de combustion et de transfert thermique convectif et radiatif résultants. Ceux-ci contrôlent la diffusion de la flamme et la croissance de feu. Dans FDS et FireFOAM, la décomposition thermique des combustibles solides est décrite par des modèles de chimie simplifiés à une seule étape, tandis que la combustion est décrite par des approches infiniment rapide.

Dans ce contexte, le présent projet vise à une description plus détaillée de la chimie de décomposition solide et de la chimie de combustion en phase gazeuse au sein des modèles. Des informations détaillées sur la chimie sont exigées pour une description fine des processus d’inflammation et d’extinction ainsi que pour la description de la formation de suie et des émissions gazeuses.

Le travail proposé aura lieu en quatre phases majeures :

  • La phase 1 se concentrera sur la chimie de combustion de mélanges combustible-air, pour différents types de combustibles et différentes valeurs de richesse, afin d’étudier des conditions de feu bien ventilés à sous-ventilés. Les combustibles gazeux choisis seront représentatifs des gaz de pyrolyse produits au cours de la décomposition thermique des matériaux solides. Les conditions de combustion dépendant alors de la chimie, une résolution à taux fini, un modèle cinétique chimique détaillé pris de la littérature seront choisis et mis en œuvre dans le modèle FireFOAM.
  • Le modèle cinétique chimique détaillé choisi dans la phase 1 sera alors évalué par comparaison avec des expériences en cône calorimètre à atmosphère contrôlée. Ce dispositif sera alors instrumenté avec un système d’imagerie de flamme, des thermocouples et une analyse de gaz. Les expériences utiliseront du bois. La campagne expérimentale visera à caractériser la combustion en phase gazeuse et les processus d’émission en fonction de l’éclairement énergétique et de la concentration en oxygène.
  • La comparaison entre les données expérimentales et les résultats issus des calculs avec le code FireFOAM modifié avec un modèle cinétique chimique détaillé (travail de la phase 2) fournira alors la base de travail pour développer un modèle cinétique (squelettique) réduit adapté à une description de la combustion des composés gazeux combustibles issus de la décomposition thermique des solides, dans des conditions représentatives de celles des incendies.
  • Dans une phase finale, le modèle cinétique réduit sera incorporé dans FireFOAM et testé. La série de test se concentrera sur l’inflammation et les limites d’extinction de mélanges combustibles-comburant dans des conditions représentatives de celle des solides.

 

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