Étude expérimentale du comportement dynamique et des performances de rideaux d'air en vue de la conception de systèmes de confinement cellulaire

par Sanjeev Gupta

Thèse de doctorat en Thermique, énergétique, génie des procédés. Mécanique des fluides

Sous la direction de Camille Solliec.


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce mémoire pose les bases d'une étude technique sur le compartimentage par rideaux d'air de tunnels. Les solutions envisagées reposent sur l'emploi de plusieurs rideaux formés chacun par le soufflage d'un jet plan vertical et descendant réunissant deux flux. Un banc d'essai modulaire a été conçu et réalisé pour examiner le comportement et les performances d'essentiellement deux types de rideaux double jet selon que le jet soufflé du côté de l'espace à confiner est alimenté à partir de cet espace (rideau avec reprise) ou non (rideau sans reprise). Le banc d'essai permet de réaliser une cellule de confinement bilatéral entre deux rideaux dont le rapport d'ouverture H/e a été fixé à 10 dans cette étude. A partir de mesures PIV, les caractéristiques dynamiques de différents dispositifs sont examinées pour des nombre de Reynolds comprises entre 2000 et 14000. La présence d'une reprise d'air au sein de l'espace confiné affecte peu la distribution d'énergie cinétique turbulente par rapport au cas sans reprise. Mais, elle confère une meilleure stabilité aux systèmes étudiés et améliore leur efficacité. Il existe une valeur critique du nombre de Reynolds qui conduit à un comportement soit singulier soit asymptotique des dispositifs testés. Les mesures de décroissance de concentration d'un gaz traceur injecté au sein de la cellule de confinement confirment les résultats de l'analyse dynamique, permettent de quantifier les performances des rideaux testés et de hiérarchiser différentes solutions techniques. Les résultats nous conduisent à préconiser l'emploi de doubles jets avec reprise en situation de confinement multicellulaire. La mise en œuvre de deux rideaux basés sur le soufflage de jets simples avec reprise intégrale des flux émis s'avère en revanche plus efficace dans le cas d'une seule cellule de confinement. L'étude attire finalement l'attention sur les risques associés à une simplification trop poussée d'installations réelles lors de la simulation physique ou numérique.


  • Résumé

    The work presented in this report sets the basis of future studies aimed at designing air-curtain based technical solutions for the partitioning of tunnel-like geometries including road tunnels. The investigated solutions rely on air curtains formed by the confluence of two parallel plane streams. A modular experimental facility was built to investigate the dynamical behaviour and the effectiveness of mainly two types of double-jet curtains depending on whether the jet blown on the confined area side is fed with air draught from this area or not. The experimental facility allowed simulating the bilateral confining of one cell between two curtains whose opening ratio H/e was set to 10 in this study. From PIV measurements, the dynamical characteristics of various air-curtain arrangements were investigated for Reynolds numbers ranging from 2000 to 14000. The presence of a recirculation feeding circuit mounted on the ceiling does not affect significantly the turbulent kinetic energy distribution but improves the stability of the system. The analysis reveals a critical value of the Reynolds number associated with either an odd or asymptotic behaviour of the arrangements tested. The results of measurements of the concentration decay of a tracer gas injected within the enclosure are in perfect agreement with the findings from the dynamical analysis. They enable us to quantify the effectiveness of the investigated devices and to establish a hierarchy of various technical solutions. The results lead us to advocate the use of double-flux air curtains for multicellular confining. However, recirculating simple jets seem to be more appropriate for unicellular confining. Finally, attention is drawn on the risks associated with a too thorough simplification when modelling real configurations physically or numerically.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (V-320 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitre

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  • Cote : TH 2090
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