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Modélisation non infiniment rapide de la combustion des solides dans le contexte de la sécurité incendie

L'objectif de cette étude est de développer et d’améliorer des modèles de combustion et de rayonnement pour les simulations aux grandes échelles (LES) de feux turbulents représentatifs de scénarios de feu. L’approche retenue repose sur un modèle de combustion de type bibliothèque de flammelettes correspondant à une flamme de diffusion à contre-courant (laminaire stationnaire, plane et uni-dimensionnelle). Le modèle de rayonnement comprend une description classique des phénomènes de rayonnement non locaux par l’équation de transfert radiatif (RTE). Différentes configurations sont étudiées : un traitement dans lequel les phénomènes locaux de rayonnement sont négligés au sein du solveur de flammelette, un traitement dans lequel ces phénomènes sont inclus, puis la configuration dans laquelle les interactions turbulence-rayonnement à une échelle inférieure à celle de la maille (TRI) sont incluses dans le solveur de RTE. Ce travail est réalisé à l’aide du solveur de FireFOAM développé par FM Global. Le cas test retenu pour le développement et la comparaison des modèles est un brûleur en ligne turbulent qui a été caractérisé expérimentalement à l'université du Maryland. La composition du combustible (méthane), la chimie d’oxydation du combustible (mécanisme chimique détaillé pour la combustion air-méthane) sont connues. Des essais ont été réalisés avec des injections à co-courant, dans des situations de dilution à l’azote ou pas. Les résultats des simulations numériques pour les différentes configurations sont évalués par comparaison avec les mesures expérimentales caractéristiques, telles que les températures, la fraction molaire d'oxygène locale, la puissance, le rayonnement émis et l'efficacité de combustion. Un bon accord est obtenu pour les températures tandis que la puissance rayonnée est significativement sur-prédit. Ce résultat peut être expliqué par la limitation du modèle de rayonnement gris. Le désaccord concernant les fractions molaires d'oxygène révèle la restriction du modèle actuel de combustion de type flammelette. Enfin, les comparaisons pour l'efficacité de combustion montrent un bon accord, avec une erreur de seulement 8%.

Mots-clés libres : Flamme de diffusion turbulente flottante, CFD, Large Eddy Simulation, Modélisation, Combustion du flammelette, Chimie fini, Transfert de chaleur par rayonnement, Rayonnement gazeux, Flamme à diffusion laminaire instationnaire, Flamme à contre-courant, Extinction du rayonnement, Feu.

Rameau (langage normalisé) :
• Simulation des grandes échelles
  
• Combustion
  
• Feu
  
• Agents d'extinction
  
• Modelisation tridimensionnelle