Simulation numérique aux grandes échelles de la propagation du feu, en espace ouvert et confiné, représentative des incendies d'entrepôts

Numerical simulation on the great scales of the propagation of fire, in open and confined space, representative of the fires of warehouses

• Auteur / Autrice : Patrice Russo
• Direction : Pierre Joulain, Hui Ying Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Incendies et prévention des incendies

Magasinage et stockage industriels

Modélisation tridimensionnelle

Essais de comportement au feu

Résumé

L'objectif de ces travaux est d'améliorer la compréhension de la propagation du feu à grandes échelles au sein des entrepôts de stockage en racks. L'outil numérique utilisé est FDS (Fire Dynamics Simulator), modifié pour le cas présent. Il est basé à la fois sur la résolution des équations de Navier-Stokes à faible nombre de Mach et sur les équations de conservation de l'énergie, de la masse et des espèces chimiques. Un modèle de fraction de mélange à chimie infiniment rapide est retenu pour simuler la combustion. A ceci viennent s'ajouter un modèle sur le rayonnement s'appuyant sur l'équation de transfert radiatif et un modèle de pyrolyse obéissant à une relation simple d'Arrhenius. Le modèle de sous-mailles (basé sur le modèle de Smagorinsky), est retenu pour la simulation de l'écoulement turbulent. FDS est validé par comparaison issue d'expériences de feux réalisées en espaces ouverts et confinés. Ceci permet de prévoir les caractéristiques principales du feu, telles que la hauteur de flamme au dessus du rack, la vitesse de propagation, les échanges radiatifs, convectifs, etc. Une étude préliminaire, basée sur la simulation d'une partie d'entrepôt, détermine les paramètres caractéristiques influençant la progression du feu parmi les racks tel que la hauteur du plafond. Enfin, la simulation d'un entrepôt entier sous différentes configurations, apporte des informations globales (puissances libérée par l'incendie. . . ) sur la manière dont un feu se propage au sein d'un grand nombre de racks.

The objective of this work is to improve the understanding of fire spread at large scales within the rack storage in warehouses. The numerical tool used is FDS (Fire Dynamics Simulator), modified for the present case. It is based on the resolution of the Navier-Stokes equations appropriate for low Mach number and of the conservation equations of energy, mass and species. A mixture fraction model with infinitely fast chemistry schema is used for simulating the combustion. The equation of radiative transfer and a pyrolysis model obeying a simple Arrhenius relation are also been incorporated. The standard sub-grid scale model (Smagorinsky's model) is adopted in the LES (Large Eddy Simulator). At first, FDS is validated by comparing results from experiments of fires carried out in open and in confined spaces. This makes it possible to predict the principal characteristics of fire, such as the flame height above the top of the rack, the flame propagation rate, the radiative and convective fluxes. . . A preliminary study, based on the simulation of an area of a warehouse, determines the parameters supporting the progression of fire among the racks such as the height of the ceiling. Finally, the simulation of a whole warehouse under various configurations, provides detail informations (powers released by the fire. . . ) on the way a fire is propagates in the presence of a large number of racks.