CFD simulation of deflagrations in open congested environment for industrial accident application

par Cléante Langrée

Thèse de doctorat en Mecanique des fluides, energetique, thermique, combustion, acoustique

Sous la direction de Julien Reveillon et de Erwin Franquet.

Le jury était composé de Julien Reveillon, Erwin Franquet, Arnaud Mura, Talib Dbouk, Guillaume Lecocq, Bruno Renou.

Les rapporteurs étaient Arnaud Mura, Talib Dbouk.

  • Titre traduit

    Simulation CFD de déflagrations en environnement ouvert encombré pour application aux accidents industriels


  • Résumé

    Lors d'études de danger réglementaires, des organismes gouvernementaux ou privés sont sollicités pour leur expertise dans la prédiction de conséquence de scénarios accidentels. Lors de ces études de danger, des distances d'effets doivent être déterminées. Plusieurs méthodes et outils sont utilisés pour déterminer ces distances d'effets. D'abord basée sur des méthodes dites phénoménologiques, une modélisation numérique plus complexe est devenue plus abordable et applicable aux situations industrielles réelles. La mécanique des fluides numérique fait partie de ces méthodes. Un des scénarios accidentels les plus dévastateurs est l'explosion de nuage de gaz non confiné (UVCE). À la suite d'une perte de confinement d'un fluide inflammable sur site industriel (essences automobiles, gaz naturel, hydrogène, etc.), un nuage de gaz peut se former et en se mélangeant à l'air ambiant former un mélange inflammable. Ce mélange inflammable peut potentiellement se répandre sur une large zone. Au contact d'une source d'énergie au sein de la zone où le nuage s'est dispersé, une réaction de combustion peut s'enclencher et se propager à travers tout le nuage jusqu'à ce que tout le carburant ait été consommé. La propagation de ce front de flamme turbulent va générer une surpression en champ proche et lointain pouvant causer de lourds dégâts humains et matériels. Cette thèse se propose d'étudier la simulation d'UVCE par des méthodes de mécanique des fluides numérique. Les objectifs principaux sont l'amélioration des compétences d'organisme tel que l'INERIS en la matière, ainsi que l'augmentation de la confiance dans des prédictions produites par de telles méthodes.


  • Résumé

    During regulatory hazard studies, governmental or private organizations are called upon for their expertise in predicting the consequences of accidental scenarios. During these hazard studies, effect distances must be determined. Several methods and tools are used to determine these effect distances. First based on phenomenological methods, a more complex numerical modeling has become more affordable and applicable to real industrial situations. Computational fluid mechanics is one of these methods. One of the most devastating accident scenarios is the unconfined vapour cloud explosion (UVCE). Following a loss of containment of a flammable fluid on an industrial site (gasoline, natural gas, hydrogen, etc.), a gas plume can form and mix with the surrounding air to form a flammable mixture. This flammable mixture can potentially spread over a large area. Upon contact with an energy source within the area where the cloud has spread, a combustion reaction can be initiated and propagate throughout the cloud until all fuel has been consumed. The propagation of this turbulent flame front will generate overpressure in the near and far field that can cause heavy human and material damage. This thesis proposes a study of the simulation of UVCE by computational fluid dynamics methods. The main objectives are to improve the skills of organizations like INERIS in this field, and to increase the confidence in predictions produced by such methods.


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