Ability of "CFD" codes to predict explosion effects
Capacité des codes "CFD" à prédire les explosions
Résumé
Understanding explosions is traditionally regarded as a particularly difficult task due to the intricate links between combustion, the physics of moving interfaces (flames), " transient and compressible " fluid mechanics... and computer simulation is often seen as a reasonable route to solve the underlying complex equations. This path has been followed since the last 30 years. Today, a few (" CFD ") codes exist in this domain, some being accessible for industrial use (FLUENT, FLACS, AUTOREAGAS). A few benchmarking exercises were performed so far (some in relationship to experimental results) showing scattered performances and suggesting that the sources of error are not fully tackled and that predictivity is still outstanding. This situation has been lasting for already a long time (20 years) and major national institutes (like HSL in UK and even INERIS in France) suggest that present CFD (industrial) codes may not be the more adapted to predicting explosion safety issues. This is damageable since it is certainly not good not to use the potential advantages offered by the vast domain of " numerical " fluid dynamics. A brief description of those CFD codes available for simulating explosion in the industry is given hereafter together with the results of some benchmarking exercises. A few lessons can be derived which suggest a thorough mathematical and phenomenological analysis is required to define domains of validity and best practices.
Les explosions sont des phénomènes particulièrement complexes à la croisée de disciplines difficiles comme la chimie de la combustion, la mécanique des interfaces (les flammes), la mécanique des fluides transitoire et compressible... Le recours à des codes numériques destinés à la résolution des équations fondamentales semble à priori une perspective raisonnable initiée, pour le domaine considéré, voici une trentaine d'année. Il existe aujourd'hui quelques logiciels (de type " CFD ") dont plusieurs sont accessibles (FLUENT, FLACS, AUTOREAGAS,...). Quelques exercices d'intercomparaison ou de confrontation à des expériences " réalistes " ont été réalisés qui témoignent d'une grande disparité des performances et suggèrent que la prédictivité n'est pas assurée et que les incertitudes ne sont guère maitrisées. Devant cette situation (qui perdure depuis 20 ans), de grands instituts nationaux, comme HSL en Grande-Bretagne, suggèrent que les codes CFD actuels ne seraient pas les plus aptes à l'exercice de prédiction. Or il n'est sans doute pas bon à terme de se priver des avantages potentiels qu'offre le vaste domaine de la mécanique des fluides " numérique ". Une très brève description des outils CFD disponibles pour la simulation des explosions est proposée ainsi qu'un tour d'horizon des résultats de quelques exercices d'intercomparaison issus notamment de travaux très récents. Quelques enseignements peuvent en être tirés qui suggèrent notamment qu'une analyse mathématique et phénoménologique très précise est requise pour parvenir par exemple à définir des domaines et des procédures d'usage des codes actuels.