Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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Soutenance de Thèse

Lei JIANG

Jeudi 23 novembre à 10h00, amphi 1bis - ECL

Lei JIANG

Dynamics of densimetric plumes and fire plumes in ventilated tunnels

Cette thèse a pour objectif la caractérisation de la vitesse de ventilation critique dans un tunnel ventilé longitudinalement lorsque survient un incendie. La vitesse critique est dé nie comme la vitesse de ventilation minimale pour laquelle l’ensemble des fumées nocives est repoussé à l’aval de l’incendie. Les méthodes utilisées sont théoriques, expérimentales et numériques.
Dans une première approche, l’incendie est modélisé par un rejet de uide plus léger que l’air ambiant. Dans les expériences, il s’agit soit de l’air chaud, soit d’un mélange d’air et d’hélium ce qui permet d’étudier les effets dits non-Boussinesq, c’est à dire induits par une large différence de densité entre le rejet ottant et l’air ambiant. Une modélisation théorique simple est également donnée a n d’expliquer les variations de la vitesse de ventilation critique en fonction des conditions à la source du rejet ( ux de ottabilité et géométrie). Un bon accord est observé entre les résultats expérimentaux et le modèle théorique aussi bien pour les rejets dits forcés (jets) que pour les rejets dits ottants (panaches).
Des simulations numériques ont été également menées a n de fournir une comparaison quantitative des vitesses critiques obtenues dans le cas d’un incendie modélisé par un panache et le cas d’un feu. L’apparition d’une vitesse dite ’super-critique’ observée dans la littérature dans le cas de feux a été étudiée. L’effet sur la vitesse critique d’un feu de puissance faible peut très largement être modélisé par l’effet d’un rejet de uide léger au sol. En revanche, un feu de forte puissance nécessite une modélisation des ammes et donc de puissance thermique produite en volume dans une partie non négligeable du tunnel. La présence de ammes représente donc une source distribuée de ux de ottabilité au dessus et en aval du lieu d’injection des gaz de combustion. En conséquence, dans cette situation, le foyer ne peut être modélisé par une simple condition aux limites au sol du tunnel.
L’effet sur la vitesse critique d’une éventuelle inclinaison ou pente du tunnel a été également étudié. Une inclinaison du tunnel dans le sens de la ventilation induit une diminution de la vitesse critique par rapport à un tunnel horizontal alors que pour une inclinaison en sens contraire la vitesse critique est augmentée. Cependant, cet effet dépend des conditions à la source du rejet. Pour les rejets ottants, l’effet de la pente du tunnel est important tandis que la vitesse critique devient de moins en moins dépendante de la pente au
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fur et à mesure que le rejet devient forcé. Le modèle théorique développé pour un rejet dans un tunnel horizontal a été adapté au cas avec pente et un bon accord a de nouveau été établi entre les résultats expérimentaux et le modèle théorique. En n, pour un feu, les simulations numériques ont montré que la pente in uence très peu la vitesse critique.
Dans une dernière partie, l’effet de la présence de véhicules dans le tunnel a été investigué aussi bien expérimentalement qu’avec l’outil numérique. Les véhicules sont modélisés par des blocs parallélépipédiques de différentes tailles placés en amont de la source de ottabilité ou le feu. Il a été montré que seul le bloc proche de la source modi ait la valeur de la vitesse de ventilation critique alors que les blocs plus éloignés avaient une in uence négligeable. De même, la vitesse critique obtenue en présence de blocs se rapproche très rapidement de celle obtenue pour un tunnel sans véhicule lorsque la distance entre la source et le bloc le plus proche augmente. Le paramètre qui in uence le plus la vitesse critique est la position relative du bloc et de la source. Lorsque le bloc protège directement la source en étant placé à son côté aussi bien longitudinalement que latéralement, l’air frais de la ventilation n’impacte pas directement le rejet et la vitesse critique est augmentée par rapport à la situation sans bloc. En revanche, lorsque le bloc est placé un peu plus loin latéralement tout en étant proche longitudinalement, l’air frais peut impacter directement le rejet et la vitesse critique est alors observée plus faible que celle obtenue sans bloc. La diminution de la vitesse critique est alors semblable en pourcentage à la diminution de section du tunnel induite par la présence du bloc, elle est attribuée au fait que le bloc induit une augmentation de la vitesse locale de ventilation favorisant donc la poussée du panache en aval. Au contraire, quand le bloc protège la source, la vitesse locale de ventilation est nulle au niveau de la source et elle est augmentée plus loin aux endroits où le panache est moins présent, ce qui induit cette fois-ci une augmentation de la vitesse critique.
Keywords : Vitesse critique, Panache ottant, Feux, Tunnel, Inclinaison, Obstacles

Jury :
- V. VERDA - Professeur - Politecnico di Torino - Rapporteur
- J-P. GARO - Professeur - Institut Pprime Poitiers CNRS - Rapporteur
- E. BLANCHARD - Ingénieur - RATP
- M. CREYSSELS - Maître de conférences - LMFA, ECL
- P. SALIZZONI - Maître de conférences, HDR - LMFA, ECL - Directeur de thèse
- R. PERKINS - Professeur - LMFA, ECL - Directeur de thèse

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