View
103
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
LEMTA - CEREN 1
IV- Etude des expériences de feu de végétation
Deux types d’expériences de laboratoire ont Deux types d’expériences de laboratoire ont été conduites au C.E.R.E.Nété conduites au C.E.R.E.N
Expériences de petites Expériences de petites tailles tailles
(( TEXAIDTEXAID ))
Expériences de taille Expériences de taille réelle réelle
(( B.E.S.TB.E.S.T ))
LEMTA - CEREN 2
IV.1. Expérience de propagation dans le IV.1. Expérience de propagation dans le TEXAIDTEXAID
Expérience sans vent sur une litière homogène et plane avec Expérience sans vent sur une litière homogène et plane avec une densité surfacique de combustible de 0.75 kg/mune densité surfacique de combustible de 0.75 kg/m22
Ligne d’allumage
Zone de propagation (102 cm)
42 cm Frisure de bois
Bac de combustion (132 cm)
150 cm
Caméra vidéo
4
o
x
y
x
Capteur
Fluxmètre
7 cm
28 cm 3
1 x 2
CapteurCapteur
Frisure de boisFrisure de bois
LLfrontfront
hhff
A l’aide du système de traitement d’image OPTIMAS, on A l’aide du système de traitement d’image OPTIMAS, on déterminedétermine: : LLfrontfront == 44 44
cmcm
hhff == 51 cm51 cm
LEMTA - CEREN 3
Vitesse de Vitesse de propagationpropagationA l’aide du même système de traitement d’image, on A l’aide du même système de traitement d’image, on
détermine la vitesse de propagationdétermine la vitesse de propagation: :
Vitesse de propagation V (cm/s)
1.00Résultat de L. Naville
0.96Présent résultat
Le présent résultat est en bon accord avec celui de Le présent résultat est en bon accord avec celui de L. Naville L. Naville (1997)(1997)
Températures et flux de Températures et flux de chaleurchaleur
fp = Vp/L = 0.0096 hz
LEMTA - CEREN 4
A pplication d’un filtre A pplication d’un filtre de Butterworth d’ordre de Butterworth d’ordre 2 avec une fréquence 2 avec une fréquence
de coupure fde coupure fcc == 0.017 hz0.017 hz
Utilisation de la Utilisation de la fonction de fonction de transfert du transfert du
capteurcapteur
Les flux mesurés par le capteur et par le Les flux mesurés par le capteur et par le fluxmètre sont en bon accordfluxmètre sont en bon accord
LEMTA - CEREN 5
IV.2. Expériences de propagation dans le IV.2. Expériences de propagation dans le B.E.S.TB.E.S.T
Zone de propagation
Bac de combustion
2 m
Ligne d’allumage
2 m
C2
F
C3 C1
D
y
Frisure de bois & Chêne kermès
Frisure de bois
Chêne kermès
1 2 3 4 5 6 x x x x x x
II
1 m
I III IV
D : capteur double, C1 : capteur 1 C2 : capteur 2, C3 : capteur 3 F : fluxmètre
o
x
LEMTA - CEREN 6
Expérience de propagation sans Expérience de propagation sans ventvent
•La charge de la frisure de bois utilisée est : PF = 1.5 kg/m2 •La charge du chêne kermès utilisée est : Pchêne = 3 kg/m2
La vitesse de propagation mesurée par les La vitesse de propagation mesurée par les thermocouples est égale à thermocouples est égale à V=1.47 cm/sV=1.47 cm/s
LEMTA - CEREN 7
Expérience de propagation à charge Expérience de propagation à charge variablevariable
Trois valeurs de charge sont utilisées : P1=1.5
kg/m2 , P2=3 kg/m2 et P3=4.5 kg/m2
1.681.782.23Vitesse de propagation (cm/s)
Charge (kg/m2) 31 P 5.42 P5.10 P
Expérience de propagation à vent Expérience de propagation à vent variablevariable
On utilise les mêmes charges que précédemment
On impose trois valeurs du vent V1 = 1.5
m/s , V2 = 2 m/s et V3 = 2.5 m/s
5.714.002.06Vitesse de propagation (cm/s)
Vent (m/s) 5.11 V 22 V 5.23 V
LEMTA - CEREN 8
V- Identification des paramètres de propagation
Mode d’utilisation des résultats expérimentaux
Capteur simple Capteur double
1. Caractérisation des flammes
(TEXAID et BEST)
2. Mesure de vitesse des gaz(mesure de fréquence par
D.N.S et expérience)
3. Coefficient d’absorption(BEST)
4. Vitesse de propagation(BEST)
1. Caractérisation des flammes
(à faire)
2. Mesure de vitesse des gaz(mesure de Nusselt)
3. Coefficient d’absorption(à faire)
4. Vitesse de propagation(à faire)
LEMTA - CEREN 9
V.1. Modèle de flamme et flux reçus par le V.1. Modèle de flamme et flux reçus par le capteurcapteur
hf hauteur de la flamme
0 puissance émise par la flamme
V vitesse de propagationLa flamme est une surface plane caractérisée
par :
f angle d’inclinaison de la flamme
f
z
x
L 2
fh
),,( zyxf
Capteur placé en
),,( 0000 zyxM
Flamme
Végétation non brûlée
Vent
y
o
1 3
2
4
1
f fn
1n
Sol
fds
r
LEMTA - CEREN 10
Les flux radiatifs mesurés par les trois plaquettes du capteur, exposées au feu, s’écrivent :
)1.5(),,(11),,(),,,( 44
4
00 ar
iffr
i
f
ri
ffr
iffri TThtfB
TT
htfht
)2.5(
tan1),,(
022
0
2
0
2
0
0001
dydz
zzyyxx
yyxxxxhtf
L
L
h
f
fffff
rf
)3.5(
tan1),,(
0
022
0
2
0
2
0
0002
dydz
zzyyxx
yyxxzzhtf
z
L
h
f
ffff
rf
)4.5(
tan1),,(
0 022
0
2
0
2
0
0004
dydz
zzyyxx
yyxxzzhtf
L
z
h
f
ffff
rf
xf = V t + y tan(f ) est la position du front de flamme suivant l’axe (ox )
Quand le capteur est loin des flammes, on peut considérer que Ti
r<< Tf
)5.5(),,(1),,(),,,( 44
00 ar
iffr
iffr
iffri TThtfBhtfht
LEMTA - CEREN 11
V.2. Fonction objectif et coefficients de sensibilités V.2. Fonction objectif et coefficients de sensibilités réduitsréduitsAfin d’identifier les différentes paramètres de propagation on
choisit la fonction objectif suivante :
)6.5()(),,,(
)(),,,()(),,,(),,(
exp4042
exp2021exp1010
2
22
dttht
dtthtdtththObj
f
i
f
i
f
i
t
t
rff
r
t
t
rff
r
t
t
rff
rff
Pour vérifier l’identifiabilité des paramètres on définit t
ff
j
ri
jij
h
ttX
avec
0
)(
,,ˆ
)7.5(ˆ
)̂,(ˆ)̂,(
)8.5(ˆˆ
)ˆ,ˆ,(ˆ 44
3
1
211)(1 a
ri
ri
i TTBtf
X
)9.5(ˆˆ
)ˆ,ˆ,(ˆ 44
3
2
212)(2 a
ri
ri
i TTBtf
X
)10.5()ˆ,ˆ,(ˆ213)(3 tfX r
ii
LEMTA - CEREN 12
V.3. Identification à partir des expériences du V.3. Identification à partir des expériences du TEXAIDTEXAID Propagation sans vent f
= 0Paramètres initiaux choisis sont :
•hf = 51 cm (valeur obtenue par analyse d’image)0= 9.6 kW/m2 (valeur proposée par Weber (1989) pour f = 0.28 et Tf = 609 °C )
19.0 45.9Valeurs de paramètres
)(cmhf )( 20
mkW
1 = 1/150 et 2 = 1/5 ( rapport des sensibilités )
LEMTA - CEREN 13
Différentes réponses Différentes réponses expérimentales et théoriquesexpérimentales et théoriques
%2),,(
),(
04
0
fr
f
ht
hObj
V.4. Identification à partir des expériences du V.4. Identification à partir des expériences du B.E.S.TB.E.S.T
Paramètres initiaux choisis sont :
•hf = 2 m (valeur obtenue par une analyse vidéo)
0= 22 kW/m2 (valeur obtenue par la loi de Stefan- Boltzmann pour f = 0.28 et Tf = 812 °C )
LEMTA - CEREN 14
Expérience de propagation sans Expérience de propagation sans ventvent
1 = 2 = 05.2 139Plaquette frontale
)(cmhf )( 20
mkW
5.2 140Trois plaquettes 1 = 2 =
1/6 Le modèle de flamme est «
validé »
On procède à deux types d’identifications
Plaquette frontale
Trois plaquettes
LEMTA - CEREN 15
Expériences de propagation à vent Expériences de propagation à vent variablevariable
En plus des paramètres initiaux précédents, nous avons choisi l’angle f = / 4 comme un paramètre initial
Angle d’inclinaison de flamme f (°) Puissance émise ( kW.m-2 ) 18.415.312.5
797672
394547Hauteur de flamme hf (cm)
m/s 51 .1V m/s 2 2V m/s 53 .2V
6 %
7 %
6.5 %
Différentes réponses Différentes réponses expérimentales et théoriquesexpérimentales et théoriques
%7.2),,(
),(
04
0
fr
f
ht
hObj
LEMTA - CEREN 16
Albini (1981) 5.0225.1)tan( Frf
Nelson et Adkins (1986)
29.0889.0)tan( Frf
Avec Fr est le nombre de Froude, Fr =
Vvent2/ g hf
0.42 4.178 Frf )tan(
Albini (1981) propose cette corrélation
gaz
ventf v
V)tan(
On utilise une régression linéaire de moindres carrés
vgaz = 0.49 m /
s
LEMTA - CEREN 17
Expérience de propagation à charge Expérience de propagation à charge variablevariable
Trois valeurs de charge sont utilisées : P1=1.5
kg/m2 , P2=3 kg/m2 et P3=4.5 kg/m2
Coefficient d’absorption du Coefficient d’absorption du chêne kermèschêne kermès
)(),(),,( zaeyxzyx
Application de la Application de la loi de BEERloi de BEER
cm
yx
zyx
1capteur
1
3capteur
1
90
),(
),,(
3.562.54Coefficient d’absorption a (m-1)
Charge (kg/m2) 31 P 5.42 P5.10 P
0.65
LEMTA - CEREN 18
V.5. Identification de la vitesse de V.5. Identification de la vitesse de propagationpropagation
Utilisation des résultats de l’expérience du B.E.S.T sans vent
3.8215Valeurs de paramètres
)(cmhf )( 20
mkW
1.7
)/( scmV
Ecart relatif 2.4
%
La hauteur de flamme est en bon accord avec le résultat de l’analyse
vidéo hf 2 m
La vitesse de propagation est sans doute de meilleure qualité
que celle mesurée par les thermocouples
Le capteur peut donc servir d’un Le capteur peut donc servir d’un appareil de mesure de la vitesse de appareil de mesure de la vitesse de
propagationpropagation
LEMTA - CEREN 19
Conclusion générale
Nous avons mis au point des instruments de mesure pour la Nous avons mis au point des instruments de mesure pour la métrologie métrologie des feux de végétationdes feux de végétation :
ces appareils, une fois calibrés, sont en final destinés à être utilisés aussi bien pour des feux réels que pour des feux de laboratoires
ces capteurs servent comme un outil de calibrage pour les modèles de propagation et de validation pour les modèles de combustion
L’identification de la vitesse de propagation à partir des flux mesurés par les capteurs montre que ceux-ci peuvent servir d’appareil de mesure pour cette grandeur
Les différentes perspectives de ce travail Les différentes perspectives de ce travail sont :sont : Utilisation des différents capteurs dans des expériences de brûlage
dirigé (expériences des feux réels).
Utilisation d’un algorithme d’optimisation global de type génétique pour une évaluation plus pertinente des caractéristiques de flamme.
Reconstruction du front de feu à partir de la réponse de N capteurs
Production scientifiqueProduction scientifique
2 communications internationales, 3 communications nationales, 1 thèse, publications à venir
Retour
Recommended