Prédiction des mécanismes d’accélération de la combustion dans les atmosphères explosives (EXPRES)
Résumé
This project was led as a relatively wide forum devoted to the physical representation of the flames propagation and to simulation means of explosion effects. In addition to new fundamental knowledge, the analysis of flame acceleration mechanisms provided a mean of investigation of strengths and weaknesses of the simulation methods proposed at present. We showed that instabilities of the combustion are more a reaction of flames to their environment than to initial turbulence of the atmosphere except of course for dust flames (it cannot have a cloud without a signifi cant preliminary level of turbulence). In the two cases, some adapted formulations were proposed and validated: Common Taylor model in the first case and Gülder model in the second one). Regarding simulation tools, the strength of CFD codes is clearly in the acuteness of the flow representation which provides a new mean of flames behavior analysis. However it is not at all obvious that the explosion modeling with CFD be reliable except possibly if the flame propagation is totally driven by the turbulence. There is still no solution to this difficulty even if an attempt was tried with the development by INERIS of a new code called MERLIN. It also appears that phenomenological models may be a credible alternative for the modeling of flame propagation. A large effort was devoted to this topic along the project and a new tool was developed (EXPRES).
La prédiction des conséquences des explosions est un enjeu important de la maîtrise des risques. Les méthodes analytiques complètes dont on dispose depuis longtemps sont fondées sur des hypothèses restrictives comme par exemple un mélange homogène et au repos [Cates, 1991] et concernent le plus souvent des géométries simples. Elles ont pourtant eu une influence décisive sur l’évolution des mentalités par leur caractère pédagogique et leur solidité conceptuelle. Mais, dans la pratique, les atmosphères explosives responsables des explosions sont souvent turbulentes, en écoulement, parfois fortement hétérogènes et l’explosion se développe dans une géométrie complexe, transitant parfois de volumes en volumes. Les analyses d’accident attestent que, plus l’histoire de l’explosion est compliquée, plus l’explosion est sévère. Il est important de tenir compte de cette réalité. Les méthodes numériques qui tentent de résoudre point par point et instant par instant les équations différentielles représentatives apparaissent souvent comme une alternative crédible. Il existe pour cela des codes « commerciaux » (FLUENT, REAGAS-TNO, FLACSGexcon), de type dits « CFD » (« Computational Fluid Dynamics »), qui n’ont pu être adaptés aux études de risques qu’au prix d’une schématisation extrême de la physique et d’une réduction drastique de la résolution des calculs. Le potentiel prédictif est altéré, comme en témoignent les difficultés rencontrées par le groupe d’experts chargé de l’analyse de l’accident de Buncefield en 2005 (SCI, 2009). Pour contourner la difficulté, l’INERIS développe depuis plusieurs années des outils de prédiction intermédiaires (méthodes phénoménologiques) qui reposent sur la robustesse de modèles analytiques mais dans lesquels sont introduites des données supplémentaires pour tenir compte de l’environnement de l’explosion. C’est le cas de la méthode EFFEX pour les explosions confinées [Proust et al., 2007]. On a tenté dans ce programme de clarifier les connaissances dans ce domaine de la modélisation des explosions pour alimenter une discussion sur les outils numériques associés et les faire progresser. Une collaboration a été mise en place avec des partenaires académiques (Universités de Poitiers et de Bourges), institutionnels (CNES, Institut Fraunhofer) et industriels (FIKE, GEXCON).
Domaines
Ingénierie de l'environnement
Origine : Publication financée par une institution