Dust explosion severity amplification due to the contribution of thermal radiation in the flame propagation process

Augmentation du risque d’explosion de poussières sous l’effet du rayonnement thermique

Christophe Proust (1, 2) , Rim Ben Moussa (1, 2) , Mohamed Guessasma (3) , Khashayar Saleh (2) , Jérôme Fortin (3)

1 INERIS - Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
2 TIMR - Transformation Intégrée de la Matière Renouvelable
3 LTI - Laboratoire des technologies innovantes - UR UPJV 3899

In the present work, the experimental means, the results and the theoretical interpretation are presented about the role of heat transfer by radiation through the front of a flame propagating in a gas-particle cloud. Methane-air clouds seeded with inert partciles are considered and aluminium dust air clouds. Thermal radiated fluxes and laminar burning velocities in laminar suspensions were measured may be for the first time. It is shown that the burning velocity can be increased thanks to the extra energy exchange provided by thermal radiation. The second important finding is that a spontaneous acceleration seems to be associated to such exchanges. Theoretical tools have a limited predictability mostly because of the heavily simplifying assumptions about the modelling of thermal radiation exchanges. Only a qualitative agreement is possible. A criterion based on a Boltzman number is proposed to identify situations were spontaneously accelerating flames are possible.

Dans ce travail sont présentés les moyens employés, des résultats et une analyse théorique relatifs à l’examen du rôle des échanges thermiques radiatifs dans le processus de propagation des flammes dans les nuages de gaz et de particules. Des configurations de prémélanges gazeux (méthane-air) ensemencés de particules inertes (SiC) et de nuages de particules d’aluminium et d’air ont été examinées. Les flux thermiques à travers le front de la flamme et la vitesse fondamentale de flamme ont été étudiés. On a mis en évidence expérimentalement d’une part le potentiel d’augmentation de la vitesse fondamentale de flamme sous l’effet des transferts radiatifs et d’autre part confirmé le fait qu’une flamme rayonnante peut s’autoaccélérer brutalement. Les outils théoriques disponibles permettent de tester des hypothèses explicatives comme le fait que le transfert de chaleur par rayonnement à travers la flamme agirait sur la vitesse de combustion comme dans un brûleur à récupération d’enthalpie. Mais l’accord constaté n’est que qualitatif actuellement. On pense que le modèle de transfert radiatif employé est une limite importante. Un critère permettant d’identifier les situations où ces accélérations brutales sont possibles a été proposé (nombre de Boltzmann donné par l’expression (3) plus grand que 20).

Mots clés: DUST FLAMES; DUST EXPLOSIONS; THERMAL RADIATION AND COMBUSTION

Mots clés: FLAMMES DE POUSSIÈRES; EXPLOSION DE POUSSIÈRES; RAYONNEMENT THERMIQUE ET COMBUSTION

Domaines: Ingénierie de l'environnement

Christophe Proust, Rim Ben Moussa, Mohamed Guessasma, Khashayar Saleh, Jérôme Fortin. Augmentation du risque d’explosion de poussières sous l’effet du rayonnement thermique. 16. Congrès de la Société Française de Génie des Procédés (SFGP 2017), Jul 2017, Nancy, France. ⟨ineris-01863199⟩