Systèmes fixes d’aspersion d’eau : Simulations … · •Simulations avec suivi de particules ... – Modélisation délicate d’un jet polydispersé ... – 230 points de mesure

c e n t r ed ’É t u d e sd e s Tu n n e l s

Sauvegarde des personnes en cas d’incendie - Journée d’étude13 novembre 2007

S y s t è m e s f i x e s d ’a s p e r s i o n d ’e a u : S im u la t i o n s

n u m é r i q u e s e t e x p é r im e n t a t i o n à é c h e l l e r é d u i t e

X . P o n t i c q

(CETU – P ô l e VE)



L e s é t u d e s d u Ce t u s u r l ’a s p e r s i o n

• Elaboration d’un programme d’étude en pilotage conjoint avec la DDSC– Phase 1 : Définition de « scénarios types » d’incendies ainsi que des

objectifs visés par un système d’aspersion– Phase 2 : Etude de cas autour du tunnel bidirectionnel

• Etude de faisabilité technique et économique• Evaluation des niveaux de sécurité atteints à partir d’une modélisation simple• Définition des domaines mal connus et des méthodes d’investigation

– Phase 3 : Nouveaux outils d’étude• Modélisation 3D des effets de l’aspersion• Réalisation d’essais à échelle réduite• Définition d’un programme d’essais en vraie grandeur



M o d é l i s a t i o n CFD d e l ’a s p e r s i o n

• Programme de recherche en 3 étapes– Etude bibliographique sur les différentes modélisations

disponibles– Prise en main des modèles diphasiques de CFX sur

l’expérience de Sommerfled & Qiu• Simulations avec suivi de particules• Emploi d’un modèle “multi-fluide”

– Reconstitution en CFD d’un (ou plusieurs) essai(s) dans un tunnel à échelle réduite



M o d é l i s a t i o n s d ’u n é c o u le m e n t d ip h a s i q u e

• Euler - Lagrange– Calcul de la trajectoire de

chaque particule– Suivi de particules

“représentatives”– Différents niveaux de

couplage entre les phases– Phase continue utilisant

des modélisations eulériennes (DNS, LES, RANS …)



M o d é l i s a t i o n s d ’u n é c o u le m e n t d ip h a s i q u e

• Euler - Euler– Utilisation dans le cas d’un

régime dense– L’ensemble des particules

peut être assimilé à un 2e fluide

– Moyenne en volume des propriétés des 2 fluides

– Modélisation eulérienne de la phase porteuse et des particules (RANS, …)



Exp é r i e n c e d e S o m m e r f e l d & Q iu

• Dispositif expérimental– Cylindre en aluminium -

Φint=200 mm– Développement d’un jet

annulaire d’air chaud– Injection de gouttes d’iso-

propanol par une buse à cône creux




• Mesures par anémométrie en phase Doppler (PDA)– Vitesse de l’écoulement– Diamètre et vitesse des gouttes

• Mesures de température– Thermocouples à l’intérieur du cylindre pour l’écoulement

ambiant– Thermocouples sur la paroi extérieure du cylindre






S im u la t i o n s Eu le r -L a g r a n g e

• Injection des gouttes– Injection de type Cone pour représenter une buse à cône creux

(hollow cone)• Rayon du plan d’injection = 3 mm• Angle du cône = 32˚

– Distribution en diamètre pour représenter la polydispersion du jet• Distribution de type Rosin-Rammler• Distribution log-normale

• Modèles physiques pour les gouttes– Couplage bidirectionnel des phases– Prise en compte de la force de traînée et de la dispersion turbulente– Corrélations Ranz-Marshall pour les transferts de chaleur et de masse

(évaporation)



S im u la t i o n s Eu le r -L a g r a n g e



S im u la t i o n s Eu le r -Eu le r

• Comparer les deux approches concernant la modélisation de la phase dispersée

• Prise en main de CFX sur la mise en place d’une simulation Euler-Euler– Phase porteuse : mélange Air + vapeur C3H8O– Définition de la phase dispersée sous la forme d’un second

fluide– Nécessité de définir un fluide par classe de gouttes que l’on

souhaite simuler (jet polydispersé)– Différents types de modèles pour les échanges de chaleur et de

masse



B i l a n s u r l ’e x p é r i e n c e d e S o m m e r f e l d & Q iu

• Simulations Euler-Lagrange– Niveau d’approximation correct par rapport à l’expérience– Facilité globale de mise en oeuvre– Temps de calcul important lorsque le nombre de positions augmente– Parallélisation peu optimale dans notre cas

• Simulations Euler-Euler– Modélisation délicate d’un jet polydispersé

• Nombreuses classes à simuler entrainant une augmentation du temps de calcul• Modèle de transfert inter-classes à développer

– Prise en compte du transfert de masse par routine externe– Bonne parallélisation globale (optimisation des algorithmes)



R é a l i s a t i o n d ’e s s a i s à é c h e l l e r é d u i t e

• Objectifs– Identifier les phénomènes prédominants influant sur l’efficacité de

l’aspersion– Tester les méthodes de mesures et l’instrumentation– Fournir des données expérimentales en vue du calage de modèles

numériques 3D• Caractéristique de la campagne

– Galerie du CSTB : longueur 43 m, section à l’échelle 1/3 environ– 30 essais prévus : type de foyer, vitesse longitudinale, activation de

l’aspersion– 230 points de mesure : température, vitesse, opacité, gaz toxiques– Durée : environ 3 mois. Début des essais : septembre 2007












M e r c i d e v o t r e a t t e n t i o n

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