Etude d’un feu dans un ensemble de locaux ventilés mécaniquement

Utilisation du code incendie SAFIR

Equipe Dynamique des Feux IUSTIEquipe Dynamique des Feux IUSTIB. Kadoch , A. Kaiss, Y. Pizzo, B. PorterieIUSTI(CNRS/Univ. Provence)/ETiC,Marseille,France

Equipe DGA TnC. Lallemand, N. SardoyDga Techniques Navales,Toulon, France

IntroductioIntroductionn

Feux dans des structures compartimentées:

� Bâtiment� Transports aéronautique, ferroviaire et maritime� Industrie, nucléaire en particulier

Diapositive N°2B.Kadoch , CFM 2013, Bordeaux, 26 Août 2013

� Industrie, nucléaire en particulier

� Problèmes multi-échelles et multi-physiques� Utilisation des codes incendie

SAFIRSAFIR: : caractéristiquescaractéristiques

� 2-Dim et 3-Dim� Stationnaire ou transitoire� Ecoulement à une phase ou multiphasique (gaz/liquide/solide)� Transfert de chaleur incluant la conduction dans des matériaux multi-

Diapositive N°3B.Kadoch , CFM 2013, Bordeaux, 26 Août 2013

� Transfert de chaleur incluant la conduction dans des matériaux multi-couches

� Réactions chimiques dans la phase gazeuse� Laminaire ou turbulent� Dégradation thermique (pyrolyse) et combustion des combustibles

solides (matériaux composites, revêtement ,…..) � Interactions fluides-structures : parois, obstacles internes, îles, etc.

SAFIR SAFIR : : soussous--modèlesmodèles

� Turbulence : k-ε STD, RNG k-εεεε + effets de flottabilité

� Combustion Turbulente :� Fraction de mélange� Eddy-Break-Up + limite cinétique

� 1 step reaction (fuel + O2 � CO2 + H2O)� 2 step reactions (fuel + O2 � CO + H2O)

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� 2 step reactions (fuel + O2 � CO + H2O)(CO + O2 � CO2)

� Transport de pdf� Limites d’inflammabilité

� Rayonnement à plusieurs phases (suie/gaz/phase de dispersion)�Formation de suie: nucléation, croissance de la surface, coagulation et

oxydation)

� Modèle de pyrolyse (séchage, pyrolyse, combustion du carbone)

SAFIR : SAFIR : procédure numériqueprocédure numérique

� Equations gouvernantes:� Méthode des volumes finis Fully implicit *� Terme de Convection/diffusion: schéma de discrétisation de

Upwind à ULTRAQUICK (+TVD limiter)� Algorithme pour le couplage Pression-vitesse : from SIMPLE

à Iterative PISO

� Système de coordonnées : Cartésien ou BFC (adapté à la géométrie)

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� Système de coordonnées : Cartésien ou BFC (adapté à la géométrie)

� Conditions aux limites: débit massique, pression, source de chaleur, surface de solide, etc.

� Méthode des régions bloquées pour le traitement des régions solides(parois, partitions, obstacles internes, soffite, etc.)

*Fully implicit: Le domaine de calcul inclut à la fois les régions solides etgazeuses. Ce qui signifie que le schéma numérique est modifié pourrendre dynamiquement inactive les régions solides avec les bonnesconditions à l’interface (rayonnement, turbulence, chimie, etc.) pourn’importe quelle surface solide

SAFIR: applicationsSAFIR: applications

�Feux et mouvement des fumées dans des espaces confinées, e.g. un ou plusieurs compartiments

�Comportement des Feux de forêts (e.g. fuel-break efficiency, problème à l’interface forêt/habitat)

Diapositive N°6B.Kadoch , CFM 2013, Bordeaux, 26 Août 2013

�Interaction Feux/spray

� Feux de structures ou feux secondaires (parois, cibles,...)

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4

Géometrie:

4 Locaux

3 pièces L1, L2, L3: 6mx5mx4m

Un Corridor L0: 15,6mx2,5mx4m

Isolation thermique des locaux:

Parois en béton (épaisseur: 0.3m)

ConfigurationConfiguration

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Parois en béton (épaisseur: 0.3m)

Isolation: panneaux de laine de roche (50mm ou 30mm d’épaisseur)

Isolation différente suivant les locaux

Réseau de Ventilation:

2 admission et 1 Extraction

Fuel: nappe liquide de C12H26

Débit de pyrolyse: données expérimentales

t=1000s

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4ConfigurationConfiguration

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0

100

200

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

ture

(o C

) so

us la

por

te L

0/L2

Exp.Safir

h=0.35 m

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200

300

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

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(o C

) so

us la

por

te L

1/L2

Exp.SafirL1/L2 DOOR L0/L2 DOOR

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4h=1.75 m

h=1.75 m

h=1.05 m h=1.05 m

h=0.35 m

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps (s)

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300

400

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

ture

(o C

) so

us la

por

te L

2/L3

Temps (s)

Exp.Safir

0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps (s)

L2/L3 DOOR

Température du gaz Température du gaz ((°°C) C) Sous les portesSous les portes

h=1.75 m

h=1.05 m

h=0.35 m

0

50

100

150

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250

300

350

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450

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

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TG

L0 C

C

Exp.Safir3d

h=0.05 m 0

50

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

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TG

L1 C

C

Exp.Safir3dL1 CC L0 CC

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4

h=3.90 mh=3.90 m

h=2.05 m

h=2.05 m

h=0.05 m

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

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TG

L3 S

W

Temps

Exp.Safir3d

0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps

Température du gaz (Température du gaz (°°C)C)

h=3.90 m

h=2.05 m

h=0.05 m 0

200

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pera

ture

TG

L2 N

E

Temps

Exp.Safir3d

h=2.05 m

h=0.05 m

L2 NE L3 SW h=3.90 m

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Vite

sse

(m/s

) so

us la

por

te L

1/L2

Exp.Safir

L1/L2 DOOR

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4

Vitesse Uz Vitesse Uz

h=1.75 m

h=1.05 m

h=0.35 m

Diapositive N°14B.Kadoch , CFM 2013, Bordeaux, 26 Août 2013

-4

-3

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-1

0

1

2

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Vite

sse

(m/s

) so

us la

por

te L

2/L3

Temps (s)

Exp.Safir

-3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps (s)

L2/L3 DOOR

Vitesse Uz Vitesse Uz (m/s) (m/s) Sous les portesSous les portes h=1.75 m

h=1.05 m

h=0.35 m

h=0.35 m

-5

0

5

10

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20

25

CO

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Exp.Safir

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CO

2/O

2 so

us la

por

te L

1/L2

Exp.Safir

L1/L2 DOOR L0/L2 DOOR

SAFIR: PRISME SAFIR: PRISME INTEGRAL 4INTEGRAL 4

O2

CO2

O2

CO2

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-5

0

5

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CO

2/O

2 so

us la

por

te L

2/L3

Temps (s)

Exp.Safir

-5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps (s)

0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Temps (s)

L2/L3 DOOR

Concentration CO2/O2 Concentration CO2/O2 (%Vol) (%Vol) Sous les portesSous les portes

O2

CO2

ConclusionConclusion

� PRISME INTEGRAL 4: Très bon accord entre les données expérimentales et numériques obtenues avec SAFIR jusqu’à t=1200s. Un nouveau modèle de combustion est testé pour inclure les conditions d’un feu sous-ventilé (modèle à deux étapes avec limite d’inflammabilité) due à un accroissement du HRR après 1200s.

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