Caractérisation expérimentale de la rétention d’aérosols dans un coude de réseau de ventilation

Experimental characterization of aerosol retention in a ventilation network bend

• Auteur / Autrice : Delphine Costa
• Direction : Evelyne Gehin, Jeanne Malet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 22/07/2022
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Études et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes (Créteil) - Centre d'Etudes et Recherches en Thermique- Environnement et Systèmes [Créteil] / CERTES EA 3481
• Jury : Président / Présidente : Michel Havet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Evelyne Gehin, Jeanne Malet, Michel Havet, Christophe Josserand, Francis Allard, Jeroen Van Beeck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Havet, Christophe Josserand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérosols

Qualité de l'air

Mots clés libres

Dépôt

Aérosol

Coude

Ventilation

Deposition

Aerosol

Bend

Ventilation

Résumé

La caractérisation des transferts de contamination est une problématique majeure dans les installations nucléaires. Dans ce contexte, les dépôts des contaminants en suspension, les aérosols, dans les réseaux de ventilation constituent un point d'attention particulier.De nombreux travaux ont porté sur l'étude et la prédiction du dépôt dans les tubes de petits diamètres à section circulaire. Pour poursuivre cette démarche et s'approcher d'un cas réel, l'IRSN s'intéresse aux réseaux de ventilation de taille industrielle à section rectangulaire, présentant différentes singularités, par le biais de la boucle aéraulique DIESE.Cette recherche se focalise sur la quantification expérimentale locale du dépôt des aérosols dans une singularité, le coude, afin de valider les modèles de prédiction de dépôt. Pour ce faire, un protocole expérimental a été développé spécifiquement. Des mesures de grandeurs aérauliques ont été réalisées par vélocimétrie par image de particules pour appréhender les écoulements dans les coudes et constituer une base de données de validation des codes de mécanique des fluides numérique. Des mesures par anémométrie à fil chaud ont fourni expérimentalement les grandeurs nécessaires à l'utilisation des outils de simulations et des modèles semi-empirique et empirique. Des mesures locales de dépôt ont été conduites avec des aérosols inertiels de différents diamètres et à des vitesses d'écoulement d'air variables. Les mesures ont été comparées à d'autres mesures expérimentales de la littérature et avec les prédictions de modèles semi-empirique et empirique. Cette comparaison a montré que les dépôts étaient prédits dans certains cas, lorsque les valeurs des coefficients empiriques dont les modèles dépendent étaient modifiées. Cela a mis en lumière la nécessité d'améliorer ces modèles afin de recouper avec les mesures réalisées dans des gaines de taille industrielle à section rectangulaire. L'analyse des mesures de dépôt obtenues dans des coudes de géométrie différente dans DIESE a souligné l'influence des paramètres géométriques.

The characterization of contamination transfers is a major issue in nuclear facilities. In this context, the deposition of airborne contaminants, i.e. aerosols, in ventilation networks is a particular point of attention.Numerous works have focused on the study and prediction of deposition in small diameter tubes with circular cross-section. To continue this research and to approach a real case, the IRSN is interested in industrial size ventilation networks with rectangular cross-section, presenting various singularities, by means of the DIESE aeraulic facility.This research focuses on the local experimental quantification of aerosol deposition in a singularity, the bend, in order to validate the deposition prediction models. For this purpose, an experimental protocol was specifically developed. Measurements of aeraulic quantities were carried out by particle image velocimetry in order to understand the flows in the bends and to constitute a database for the validation of computational fluid dynamics codes. Measurements by hot-wire anemometry provided experimentally the necessary quantities for the use of simulation tools and semi-empirical and empirical models. Local deposition measurements were conducted with inertial aerosols of different diameters and at varying airflow velocities. The measurements were compared with other experimental measurements from the literature and with the predictions of semi-empirical and empirical models. This comparison showed that deposition was predicted in some cases when the values of the empirical coefficients on which the models depend were changed. This revealed the need to improve these models in order to cross-check with measurements made in industrial size ducts with rectangular cross-section. The analysis of deposition measurements obtained in bends of different geometry in DIESE highlighted the influence of geometrical parameters.