Explosion d'un mélange hétérogène hydrogène-air dans un milieu clos obstrué

Vented deflagration of inhomogeneous hydrogen – air mixture

• Auteur / Autrice : Maria De Stefano
• Direction : Isabelle Sochet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : 4200014
• Date : Soutenance le 22/11/2018
• Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes- Mécanique et Energétique / PRISME
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Perrin, Ashwin Chinnayya, Gilles Cabot, Philippe Gillard, Xavier Rocourt

Mots clés

Mots clés libres

Dispersion

Déflagration avec évent

Hydrogène

Dispersion

Vented deflagration

Heterogeneous mixture

Résumé

En raison de sa nature hautement inflammable, l’hydrogène constitue un risque technologique important et son utilisation nécessite un très haut niveau de sûreté. Le travail de thèse présenté dans ce mémoire a été réalisé en collaboration avec EDF et s’inscrit dans le cadre des études de sécurité liées à la libération d’hydrogène dans un des locaux de l’îlot nucléaire. Le dégagement d’une fuite peut, en effet, entraîner la formation d’une atmosphère inflammable, qui peut exploser et provoquer des graves dégâts.Cette étude vise ainsi à apporter une meilleure compréhension des phénomènes de dispersion et de déflagration à l’issue d’une fuite d’hydrogène. Les résultats expérimentaux obtenus à échelle de laboratoire sont comparés aux simulations numériques obtenues via le logiciel FLACS. Un plan détaillé a donc été élaboré, en divisant le mémoire en deux parties : dispersion et déflagration. Pour chaque partie, un point bibliographique est proposé, ainsi qu’une description des dispositifs expérimentaux utilisés. Une partie expérimentale et numérique est présentée pour chacun des deux phénomènes. Les travaux réalisés ici ont donc permis d’obtenir une analyse réelle et complète du phénomène de rejet d’hydrogène en milieu fermé et obstrué et d’explosion de mélange hétérogène hydrogène-air à petite et grande échelle. Les cas les plus pénalisants en termes de concentration maximale et gradient de concentration ont été identifiés à travers une étude paramétrique sur l’influence du débit et de la position du rejet sur la dispersion. Les conséquences lors de la déflagration de ces mélanges hydrogène-air ont ensuite été étudiées à travers l’analyse de l’onde de pression et de la propagation de la flamme.

The highly combustible nature of hydrogen poses a great hazard and its use imposes an accurate analysis of risk characterization and consequences to protect the installation and to reduce the potential risk. This thesis has been done in collaboration with EDF and it is included in the context of the explosion risks of an air hydrogen mixture in a room of the nuclear facility where there is a risk of accidental release. Indeed, the hydrogen can disperse quickly and burn easily in the presence of an ignition source causing heavy damage. The goal of this study is to provide a better understanding of the phenomena of dispersion and deflagration after an accidental release of hydrogen. Experimental results obtained at small scale are compared with numerical simulations obtained using FLACS code. A detailed plan has been drawn up, dividing the thesis into two parts: dispersal and deflagration. For each part, a bibliographic point is proposed, as well as a description of the experimental devices used. An experimental and numerical part is presented for each of the two phenomena. The studies carried out here have thus enabled us to obtain a real and complete analysis of the phenomenon of closed and clogged hydrogen discharge and small-scale and large-scale heterogeneous hydrogen-air mixture explosion. The most penalizing cases in terms of maximum concentration and concentration gradient were identified through a parametric study on the influence of the flow rate and the position of the rejection on the dispersion. The consequences during the explosion of these hydrogen-air mixtures were then studied through the analysis of the pressure wave and the propagation of the flame.