Stéphane GAILLOT - Dominique BLAY - Jean-Pierre VANTELON ETUDE THERMO-AERAULIQUE DES ECOULEMENTS DE FUMEE EN PRESENCE D’UN INCENDIE DANS UN TUNNEL VENTILE LONGITUDINALEMENT Stéphane GAILLOT - Dominique BLAY - Jean-Pierre VANTELON

Contexte de l’étude Contexte de l’étude Etude des phénomènes ayant lieu lors d’un incendie en tunnel lorsque celui-ci est doté d’un système de ventilation longitudinal. Extensibilité à tout tunnel ferroviaire, ou routier (de faible longueur). Positionnement de l’étude dans le cadre général des études menées par d’autres instituts et laboratoires (CSTB, CETU, SCETAUROUTE… ).

Analyse des mesures et comparaison. Contexte de l’étude Caractérisation de l’écoulement généré par le couplage incendie/ventilation longitudinale, au moyen d’une métrologie adaptée, suivant trois aspects: - Thermique - Géométrique - Dynamique Modélisation numérique du phénomène ( suivant des conditions similaires à celles de tests en maquette ) à l’aide du code commercial FLUENT. Analyse des mesures et comparaison.

Développement du panache thermique issu d’un incendie en tunnel

Maquette à échelle réduite en similitude Critère de stratification Maquette à échelle réduite en similitude - Similitude type Froude - Respect du nombre de Richardson avec  préservé - Nombre de Reynolds de valeur compatible

Schéma du dispositif expérimental

Brûleur à butane: Diamètre 7,5 cm Surface poreuse Flamme de diffusion température: environ 1200°C température de référence ?

Thermocouples sur la face extérieure de la coque :

Thermocouples sur la face extérieure de la coque Etude expérimentale Description Thermocouples sur la face extérieure de la coque 30° 30°

Deux sondes: 4 thermocouples en amont 5 thermocouples en aval Déplacement autonome sur deux axes du plan médian Thermocouples: Type K (Chromel-Alumel) Diamètre 25μm

Thermocouples sur sondes mobiles Etude expérimentale Description Thermocouples sur sondes mobiles

Modularité de la maquette pour la mesure de vitesse par LDV Etude expérimentale Description Modularité de la maquette pour la mesure de vitesse par LDV

Dispositif Etude expérimentale Résultats Mise en évidence de la couche de retour par éclairement Mesure de Tap et de Trmax Lentille de dispersion

- Transposition en profils de température suivant la hauteur

Anémométrie laser Doppler Etude expérimentale Résultats Anémométrie laser Doppler - Détermination de la composante longitudinale de la vitesse dans la couche de retour et la zone aval.

Etude numérique Code de calcul FLUENT - Modèle de turbulence k-ε standard. - Modèle de combustion PDF. Simulations basées sur les conditions limites des essais en maquette. - Condition de vitesse en sortie (aspiration) et de pression en entrée. - Injection d’un débit massique de butane équivalant à l’injection réelle pour la puissance voulue. - Simulation d’une paroi isolante par condition d’adiabaticité.

Longueur de couche de retour: - expé. Lc=1,07 m - num. Lc=1 m Etude numérique Ex: P=1000 W , ud=0,38 m.s-1 Longueur de couche de retour: - expé. Lc=1,07 m - num. Lc=1 m Température max (flamme) : Tmax =1440 K

P=1000 W Ud=0,30 m/s

- Cartographie thermique des plans scrutés

Critère de stratification Origine: Observation de deux paramètres, par Newman (1984), suite à une étude de stratification des fumées en maquette: et y/h T(K) 1 Tc Tf Tavg Repris par Xue et al. (1994), puis par Bernardo et al.(1997). Ils utilisent des températures relevées plus près des parois

Critère de stratification Les conditions optimales de stratification (thermique) doivent se rencontrer alors lorsque S et sont tous les deux maximum. Question: « stratification » veut-il dire que la zone inférieure est tenable thermiquement ?

Critère de stratification L’évolution de en fonction de S révèle deux zones distinctes : = 1 pour S < 1,7 = 0,67 S0,77 pour S > 1,7

Critère de stratification Cette évolution est en fait représentative d’un « contraste » entre les deux zones : - les fumées chaudes en partie haute, - l’air « frais » en partie basse. S est caractéristique de la position du maximum de température dans le profil, mais ne tient pas compte de la température absolue atteinte, seulement de l’écart relatif avec la température moyenne. x S < 0 S > 0 Smax S 0 (le mélange entraîne Tc ≈ Tf)

Critère de stratification De même, suit la même évolution que S, mais borné à 1 en limite supérieure, lorsque Tf = T0 (uniquement sous la couche de retour), ce qui caractérise le maximum de stratification. S

« Stratification » et « tenabilité » Exemple: Pour une puissance de 1000W et 3 vitesses de ventilation (0,26 ; 0,35 ; 0,57 ms-1), on observe S (rouge), (vert) et une isotherme de «tenabilité» fixée à 50°C. 0,26 ms-1 0,35 ms-1 0,57 ms-1 . . . . . .

« Stratification » et « tenabilité » 0,26 ms-1 0,35 ms-1 0,57 ms-1