Utilisation de Code_Saturne® pour la simulation 3D incendie E. WIZENNE - EDF R&D GDR INCENDIE 6-7-8 juin 2007 Corte

Code_Saturne® Modélisation 3D Historique 1998 : Prototype basé sur ESTET (développé à EDF R&D depuis 15 ans) 2000 : Version 1.0 2001 : Qualification pour les applications thermo-hydrauliques nucléaires 2004 : Version 1.1 modèles de physique complexes, LES, combustion, rayonnement 2006 : Version 1.2 modèles de turbulence à l’état de l’art, interface 2007 : Open source licence GPL 2008 : Version 1.3 massivement parallèle, ALE, module lagrangien enrichi GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Modélisation 3D Présentation générale Code_Saturne® : Code généraliste en CFD Volumes finis co-localisés Méthode prédicteur-correcteur Maillages non-structurés arbitraires à raccord non conforme Maillages composés bas de cuve REP Maillages non conformes Cellules polyédriques 3D Cellules étirées GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Modélisation 3D Présentation générale Dossier de validation 30 à 50 cas académiques ou industriels de 1 à 10 simulation par cas de quelques cellules jusqu’à 2 à 3 millions et + temps CPU 0.04s jusqu’à 12 jrs Grottes de Lascaux Linux (workstations, clusters), UNIX : Solaris, Irix64, Fujitsu VPP Tru64 (AlphaServer) Blue Gene/L (IBM), PowerPC 4 and 5 Portabilité machines Blue Gene EDF R&D : 8000 procs GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Modélisation 3D Architecture Syrthes #N Solid Thermal Solver Syrthes #… Envelope Mesh import and treatment Connectivity Non-conforming meshes & periodicity management Non plane face splitting Mesh partitioning for parallel treatment Meshes Syrthes #1 Solid Thermal Solver Kernel #1 CFD Solver Initial state and restart (I/O) Post-treatment output Restart files Kernel #… CFD Solver Initial state and restart (no I/O) Participate in post-treatment output Post- treatment output Kernel #M CFD Solver Initial state and restart (no I/O) Participate in post-treatment output MPI GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Modélisation 3D Modèles physiques Écoulements Laminaires ou turbulents RANS (k-, k- SST, v2f, RSM), LES Transferts radiatifs en milieu semi-transparent méthode des ordonnées discrètes (DOM) ou modèle P-1  arcs électriques, centrales à charbon Modèle de Combustion gaz et charbon chimie rapide,EBU, pdf, LWP  combustion turbines (optimisation, polluants…)  fours à charbon pulvérisé (optimisation, cendres polluants) Conditions aux limites périodiques thermique parois 1D ou couplage avec le code Syrthes (GPL) GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou 1 6

Code_Saturne® Modélisation 3D Modèles physiques Modèle effet joule et arc électrique Électromagnétisme (couplage Qté de mouvement & transfert de chaleur)  four verrier, transfos électriques, four à arc, plasma, foudroiement Écoulements compressibles Masse volumique, Qté de mouvement, Énergie totale Méthode ALE pour les maillages déformables, module interne d’interaction fluide/structure Possibilités de couplage Code_Saturne®/Code_Saturne®, Code_Saturne®/Code_Aster®* SYRTHES**  fatigue thermique, interaction fluide/structure, etc… Version périphérique Mercure_Saturne  écoulements atmosphériques *Thermomécanique des structures **Thermique des parois GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou 1 7

Code_Saturne® Modélisation 3D Modèles physiques Modèle Lagrangien pour écoulements multiphasiques Transport & déposition  Trajectoire de particules dans un séparateur à cyclone  Phénomènes d’impact (pales de turbines)  Déposition et encrassement (échangeurs REP, chaudières à charbon …) Temps de résidence, combustion charbon pulvérisé polydispersé Goutte, suie, charbon, produits de corrosion, particules actives GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Modélisation 3D Utilisateurs et partenaires Hors Nucléaire Pompes à chaleur Combustion (centrales à charbon, turbines à gaz …) Aéraulique (santé & secours, environnement) Météorologie Arc Électrique, plasma, transport ionique Four verrier EDF R&D (70 utilisateurs) Nucléaire : Applications thermohydrauliques Chargements thermiques Interaction Fluide-structure Robinetterie Acoustique Aéroréfrigérants EDF DIN SEPTEN Hors EDF [France, GB, Pologne, Chine, Algérie] CEA le Ripault, ENSIL(arcs et plasma) CEA Saclay, CEA Grenoble CEREA (Météo) CETIM (algorithmes) CS-SI (couplage code) ENSTA, ENPC(enseignements) IMF Toulouse (multiphase, IFS) Valéo (acoustique) LCD Poitiers, UT Gliwice Pologne, TPRI China (combustion) LEA, LET Poitiers, U. Manchester UK (turbulence) LMM Paris 6 (LES, atmosphérique) ONERA (arcs électriques) TREFLE, U. Bordeaux (algorithmes) UST Lille (IFS) UST Oran Algérie (turbulence, LES, IFS) A trancher : Cerfacs Snecma Cetu LMFA Hutchinson Ondeo Renault Coria Contacts Industriels Air Liquide, BP, BSC, Dalkia, Dassault, PSA, ... Distribution open source de la version 1.3 depuis novembre 2006 Téléchargement : http://rd.edf.com/code_saturne GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Températures instantanées Code_Saturne® Exemple d’application : Modélisation 3D Domaine Nucléaire Approche couplée fluide/thermique structure T° fluide Code_Saturne LES T° parois SYRTHES T° fluide en paroi Températures instantanées GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Exemple d’application : Modélisation 3D Combustion EDF– SIEMENS Étude d’un nouveau design : chaudière à charbon horizontale EDF Rio-Bravo Aide à l’exploitation : TAC – Gaz naturel GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Exemple d’application : Modélisation 3D Salles blanches Convection mixte dans des géométries complexes Rayonnement, Transport de polluant Conditionnement d’air Porte GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997) Géométrie & maillage Données d’entrée : Foyer Masse combustible : 40 kg Débit de pyrolyse : 2,9 10-2 kg/s Temps de combustion : 23 min Puissance foyer= 600 kW Vitesse combustible = 0,16 m/s à 78 °C Locaux (m) Local_feu : L= 6 ; l = 4 ; h= 3 Local_cible : L= 3,8 ; l = 4 ; h= 3 Attention : Clapet de sortie pas pris en compte GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou Volume extérieur foyer

Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997) Températures instantanées & profil temporel GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997) Vitesse du mélange gazeux Fraction massique des produits de combustion GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Synthèse LES PLUS Code gratuit open source déjà « industrialisé » LES MOINS Code généraliste en méca-flu  temps de calcul + élevés adaptation aux incendies nécessaire Modèles spécifiques Turbulence Rayonnement Combustion Incompressible ou faiblement compressible Modèle de pyrolyse et de suies  à améliorer Maillages tout type et géométries complexes Dossier de validation incendie  à bâtir Conditions aux limites Thermique paroi + …. Couplages SYRTHES, Code_Aster®, Code_Saturne® A trancher : Cerfacs Snecma Cetu LMFA Hutchinson Ondeo Renault Coria Interface graphique Mise en données et lancement des calculs Dossier de validation complet GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Prospectives & collaborations DEVELOPPEMENTS COURT-TERME Modèle de pyrolyse Modèle de suies DEVELOPPEMENTS MOYEN-LONG TERME Modèles de détecteur de sprinkler de brouillard d’eau etc ... En collaboration avec LABOS UNIVERSITAIRES INDUSTRIELS intéressés par le développement d’un code 3D incendie à partir de Code_Saturne® A trancher : Cerfacs Snecma Cetu LMFA Hutchinson Ondeo Renault Coria GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou

Réunion le 12 juillet 2007 à EDF R&D (Chatou) Code_Saturne® Modélisation 3D Réunion le 12 juillet 2007 à EDF R&D (Chatou) Présentation de Code_Saturne® Chacun précisera ses besoins, ses attentes et son implication potentielle Contacts incendie eric.wizenne@edf.fr 01.30.87.77.62 laurent.gay@edf.fr 01.30.87.86.34 Contact Code_Saturne® saturne-support@edf.fr GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 Corte Eric Wizenne EDF R&D - Chatou