Etude expérimentale et modélisation de la propagation de flammes en milieu confiné et semi confiné

Experimental study and modeling of flame propagation in confined or semi confined areas

• Auteur / Autrice : Kodjo Coudoro
• Direction : Nabiha Chaumeix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 27/01/2012
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Claude-Etienne Paillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nabiha Chaumeix, Claude-Etienne Paillard, Abdelkrim-Mourad Boukhalfa, Mikhail Kuznetsov, Ahmed Bentaib, Jérôme Daubech
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkrim-Mourad Boukhalfa, Mikhail Kuznetsov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais de comportement au feu

Combustion

Flamme

Risques industriels

Mots clés libres

Propagation de flamme en milieu confiné

Accélération de flamme

Vitesse fondamentale de flamme

Limite d’inflammabilité

Propagation in confined area

Flame acceleration

Fundamental flame speed

Flammability limits

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’évaluation du risque d’accélération de flamme en situation accidentelle. La méthodologie développée dans le cadre de l’évaluation du risque hydrogène dans l’industrie nucléaire a permis de proposer un critère permettant d’évaluer le risque d’accélération des flammes de prémélange hydrogène/air/diluants, sur la base des propriétés du mélange. L’objectif de cette étude est l’acquisition de données fondamentales relatives aux mélanges gaz naturel/air et gaz de synthèse/air puis l’extension de la méthodologie appliquée aux mélanges hydrogène/air à ces mélanges. Ainsi, trois mélanges gazeux ont été choisis et ont fait l’objet de cette étude. Il s’agit du G27 (82%CH4/18%N2), du G222 (77%CH4/23%H2), et du H2/CO (50%H2/50%CO). Au cours de ce travail les limites d’inflammabilités des mélanges ont été déterminées pour une température initiale de 300 K et une pression de 1 et 2 bars. Les vitesses fondamentales de flamme et les longueurs de Markstein ont été mesurées à différentes températures initiales (300, 330 et 360 K) et à deux pressions initiales (1 et 2 bar) pour chacun des mélanges. Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme a été réalisée et a permis l’évaluation de l’énergie d’activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l’expérience. La propension des mélanges a s’accélérer fortement en présence d’obstacles a ensuite été caractérisée au cours de l’étude de l’accélération de flamme. Cette étude de l’accélération de flamme a permis de mettre en évidence que différents critères d’accélération s’appliquent selon que la flamme soit stable ou pas. Un critère permettant de prédire l’accélération de flamme a été proposée dans les deux cas.

The context of the current study is the assessment of the occurrence of flame acceleration in accidental situations. The methodology developed for the assessment of hydrogen hazard in the nuclear industry led to the definition of a criterion for the prediction of the acceleration potential of a hydrogen/air/dilutant mixture based on its properties. This study aims to extend this methodology to gaseous mixtures that can be encountered in the classical industry. Therefore, three mixtures were chosen: the first two are representatives of a natural gas/air mixture: G27 (82%CH4/18%N2) and G222 (77%CH4/23%H2). The third one is a H2/CO (50%H2/50%CO) mixture and represents the Syngas. During this work, flammability limits were measured at 300 K and two initial pressures (1 and 2 bar) for each mixture. Fundamental flame speeds and Markstein lengths were also measured at three initial temperatures (300, 330, 360 K) and 2 initial pressures (1 and 2 bar) for each mixtures. A kinetic modeling was performed based on three detailed kinetic models and allowed the calculation of the global activation energy on the basis of the kinetic model which showed the best agreement with the experimental data. The acceleration potential for each mixture in presence of obstacles has then been investigated. It was found that different criteria were to be applied depending on whether the flame is stable or not. A predicting criterion was proposed in both case.