Published December 17, 2021 | Version v1
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Modelling of fire dynamics: soot, radiation and interaction with turbulence

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Description

In this report for an Accreditation to Supervise Researches (HDR), the author proposes a synthesis of his research activities. After an overview of phenomena which govern a fire, the author addresses the modelling of radiative transfer and of soot production, the interaction between soot and turbulence, and between radiation and turbulence in absorption and in emission, large scale fire simulation, and extinction phenomena

Abstract (French)

Ce memoire d'habilitation presente une synthese des travaux de recherche que j'ai menes en tant qu'ingenieur-chercheur au sein du departement Mecanique des Fluides, Environnement, et Energie (MFEE) a EDF Lab - Chatou. Le theme federateur de mes activites de recherche est la dynamique des feux que j'ai abordee sous plusieurs aspects dont la modelisation numerique des ecoulements multiphasiques reactifs radiatifs laminaires ou turbulents, la production de la suie et les interactions combustion, suies et rayonnement avec la turbulence. Ce domaine de recherche occupe une part importante de l'activite du departement MFEE car il contribue a des enjeux forts du groupe EDF en termes de surete des reacteurs nucleaires. Outre la securite de son personnel et le bon fonctionnement de ses installations, EDF possede un interet economique, lie a la perte de materiels et a l'immobilisation du moyen de production, a diminuer le risque incendie en assurant un niveau de surete eleve sans recourir a des moyens de defense sur-dimensionnes, parfois imposes par des regles prescriptives censees couvrir le maximum de situations. Pour servir ces enjeux, quand les methodes empiriques, basees essentiellement sur le retour d'experience, ne suffisent pas, il est necessaire de tirer profit de la recherche theorique en modelisation numerique ainsi que des approches experimentales. L'objectif est une approche combinant a la fois des simulations numeriques et des etudes experimentales et permettant d'obtenir une comprehension globale des phenomenes physiques et de prevoir les difficultes de modelisation associees. Dans ce contexte, le but est de fournir de nouvelles informations sur les phenomenes regissant le developpement d'un incendie pour developper de nouveaux simulateurs d'incendie englobant l'etat de l'art et permettant des predictions fiables de cette phenomenologie et applicables aux systemes complexes propres a l'industrie. Mon travail de recherche s'est attache a comprendre les phenomenes a l'echelle de la flamme avec pour objectif final d'aboutir a un outil de modelisation de haute fidelite des flammes d'incendie base sur des modeles a l'etat de l'art pour chacun des phenomenes (combustion, rayonnement, suies, turbulence) ainsi que leurs interactions dans un cadre de simulation aux grandes echelles. Ce travail a ete jalonne de plusieurs etapes. La premiere etape, dont les travaux relatifs seront presentes dans le second chapitre, a concerne la modelisation du transfert radiatif et de la production de la suie. Ce travail prealable a pour objectif de developper une modelisation pertinente du transfert radiatif des gaz de combustion et de la suie, le transfert radiatif etant le mode de transfert de chaleur dominant, et la contribution de la suie etant generalement tres significative. Une part importante de mes travaux de recherche a considere les interactions production de la suie/turbulence et rayonnement/turbulence, avec notamment la these de Daria BUROT que j'ai encadree. La nature turbulente des ecoulements affecte considerablement la production de la suie et le transfert radiatif, et une comprehension approfondie de ces phenomenes est necessaire. Ces travaux seront resumes dans le troisieme chapitre. Le chapitre 4 synthetisera le developpement d'un modele base sur la simulation aux grandes echelles, ce qui a necessite, d'une part, le developpement d'un solveur Navier-Stokes d'ordre 2 en temps et en espace, et d'autre part, le developpement de modeles de sous-maille pour la dynamique, la combustion et le rayonnement. Ces travaux ont ete effectues en grande partie durant la these de Li MA que j'ai encadree. Le chapitre 5 presentera les travaux que j'ai menes sur la modelisation des processus d'extinction liee a la viciation de l'air ou a l'aspersion d'eau micronisee. Ces derniers travaux ont ete effectues durant ma these de doctorat. Finalement, un dernier chapitre presentera les perspectives pour de futures recherches. (auteur)

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Additional details

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Original title (French)
Modelisation de la dynamique du feu: suies, rayonnement et interaction avec la turbulence

Publishing Information

Imprint Pagination
137 p.
Report number
FRNC-TH--14385

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
54061788
Subject category
S42: ENGINEERING;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
COMBUSTION; COMPUTERIZED SIMULATION; ELECTRICITE DE FRANCE; FIRES; FLAME EXTINCTION; FLAME PROPAGATION; FLAMES; FLOW MODELS; FLUID MECHANICS; FRANCE; HEAT TRANSFER; NUMERICAL ANALYSIS; RADIATION FLUX; REACTOR PROTECTION SYSTEMS; REACTOR SAFETY; RESEARCH PROGRAMS; SOOT; TURBULENCE
Descriptors DEC
CHEMICAL REACTIONS; COMBUSTION PRODUCTS; DEVELOPED COUNTRIES; ENERGY TRANSFER; ENGINEERED SAFETY SYSTEMS; EUROPE; FRENCH ORGANIZATIONS; MATHEMATICAL MODELS; MATHEMATICS; MECHANICS; NATIONAL ORGANIZATIONS; OXIDATION; PARTICLES; PARTICULATES; SAFETY; SIMULATION; THERMOCHEMICAL PROCESSES; WESTERN EUROPE

Optional Information

Notes
122 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses