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GDR INCENDIE6-7-8 juin 2007 Corte
Utilisation de Code_Saturne®
pour la simulation 3D incendie
E. WIZENNE - EDF R&D
GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 CorteEric Wizenne EDF R&D - Chatou2
Code_Saturne®
Modélisation 3D Historique
1998 : Prototype basé sur ESTET (développé à EDF R&D depuis 15 ans)
2000 : Version 1.0
2001 : Qualification pour les applications thermo-hydrauliques nucléaires
2004 : Version 1.1 modèles de physique complexes, LES, combustion, ray onnement
2006 : Version 1.2 modèles de turbulence à l’état de l’art, interface
2007 : Open source licence GPL
2008 : Version 1.3 massivement parallèle, ALE, module lagrangien enric hi
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Code_Saturne®
Modélisation 3D Présentation générale
Code_Saturne® : Code généraliste en CFD• Volumes finis co-localisés • Méthode prédicteur-correcteur• Maillages non-structurés arbitraires à raccord non conforme
Maillages composés
bas de cuve REP
Maillages non conformes
Cellules polyédriques 3D Cellules étirées
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Code_Saturne®
Modélisation 3D Présentation générale
Dossier de validation
• Linux (workstations, clusters),
• UNIX : Solaris, Irix64, Fujitsu VPP
• Tru64 (AlphaServer)
• Blue Gene/L (IBM),
• PowerPC 4 and 5
Portabilité machines
Blue Gene EDF R&D : 8000 procs
Grottes de Lascaux
• 30 à 50 cas académiques ou industriels
• de 1 à 10 simulation par cas
• de quelques cellules jusqu’à 2 à 3 millions et +
• temps CPU 0.04s jusqu’à 12 jrs
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Code_Saturne®
Meshes
EnvelopeMesh import and treatment
Connectivity
Non-conforming meshes &
periodicity management
Non plane face splitting
Mesh partitioning
for parallel treatment
Kernel #1CFD Solver
Initial state and restart (I/O)
CFD Solver
Post-treatment output Kernel #…CFD Solver
Initial state and restart (no I/O)
CFD Solver
Participate in post-treatment outputKernel #MCFD Solver
Initial state and restart (no I/O)
CFD Solver
Participate in post-treatment output
MPI
Restart
files
Post-
treatment
output
Syrthes #N
Solid Thermal
SolverSyrthes #…
Solid Thermal
SolverSyrthes #1
Solid Thermal
Solver
Code_Saturne®
Modélisation 3D Architecture
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• Écoulements Laminaires ou turbulents RANS (k-εεεε, k-ωωωω SST, v2f, RSM), LES
Code_Saturne®
Modélisation 3D Modèles physiques
• Transferts radiatifs en milieu semi-transparentméthode des ordonnées discrètes (DOM) ou modèle P-1
⇒ arcs électriques, centrales à charbon
• Modèle de Combustion gaz et charbonchimie rapide,EBU, pdf, LWP
⇒ combustion turbines (optimisation, polluants…)⇒ fours à charbon pulvérisé (optimisation, cendres polluants)
• Conditions aux limitespériodiquesthermique parois 1D ou couplage avec le code Syrthe s (GPL)
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Code_Saturne®
Modélisation 3D Modèles physiques
• Modèle effet joule et arc électriqueÉlectromagnétisme (couplage Qté de mouvement & transfert de chaleur)
⇒ four verrier, transfos électriques, four à arc, plasma, foudroiement
• Écoulements compressiblesMasse volumique, Qté de mouvement, Énergie totale
• Méthode ALEpour les maillages déformables, module interne d’in teraction fluide/structure
• Possibilités de couplageCode_Saturne®/Code_Saturne®, Code_Saturne®/Code_Aster®*
SYRTHES**
⇒ fatigue thermique, interaction fluide/structure, etc…
• Version périphériqueMercure_Saturne
⇒ écoulements atmosphériques
*Thermomécanique des structures**Thermique des parois
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Code_Saturne®
Modélisation 3D Modèles physiques
• Modèle Lagrangien pour écoulements multiphasiques
Transport & déposition⇒ Trajectoire de particules dans un séparateur à cyclone⇒ Phénomènes d’impact (pales de turbines)⇒ Déposition et encrassement (échangeurs REP, chaudières à charbon …) ⇒ Temps de résidence, combustion charbon pulvérisé polydispersé⇒ Goutte, suie, charbon, produits de corrosion, particules actives
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• Hors Nucléaire� Pompes à chaleur� Combustion (centrales à charbon, turbines à gaz …)� Aéraulique (santé & secours, environnement)� Météorologie� Arc Électrique, plasma, transport ionique� Four verrier
• EDF R&D (70 utilisateurs)• Nucléaire :
� Applications thermohydrauliques � Chargements thermiques� Interaction Fluide-structure � Robinetterie� Acoustique � Aéroréfrigérants
• EDF DIN SEPTEN
Code_Saturne®
Modélisation 3D Utilisateurs et partenaires
• Distribution open source de la version 1.3 depuis n ovembre 2006➨ Téléchargement : http://rd.edf.com/code_saturne
• Contacts Industriels� Air Liquide, BP, BSC, Dalkia, Dassault, PSA, ...
• Hors EDF [France, GB, Pologne, Chine, Algérie ]� CEA le Ripault, ENSIL (arcs et plasma)� CEA Saclay, CEA Grenoble� CEREA (Météo) � CETIM (algorithmes)� CS-SI (couplage code)� ENSTA, ENPC(enseignements)� IMF Toulouse (multiphase, IFS)� Valéo (acoustique)
� LCD Poitiers, UT Gliwice Pologne, TPRI China (combustion)� LEA, LET Poitiers, U. Manchester UK (turbulence)� LMM Paris 6 (LES, atmosphérique)� ONERA (arcs électriques)� TREFLE, U. Bordeaux (algorithmes)� UST Lille (IFS)� UST Oran Algérie (turbulence, LES, IFS)
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Code_Saturne® Exemple d’application :Modélisation 3D Domaine Nucléaire
• Approche couplée fluide/thermique structure
T° fluide Code_Saturne LES
T° parois SYRTHES
T° fluide en paroi
Températures instantanées
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Code_Saturne® Exemple d’application :Modélisation 3D Combustion
• EDF– SIEMENSÉtude d’un nouveau design :
chaudière à charbon horizontale
• EDF Rio-BravoAide à l’exploitation :
TAC – Gaz naturel
GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 CorteEric Wizenne EDF R&D - Chatou12
Code_Saturne® Exemple d’application :Modélisation 3D Salles blanches
• Convection mixte dans des géométries complexes
Rayonnement,
Transport de polluant
Conditionnement d’air
Porte
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Données d’entrée :
Foyer
Masse combustible : 40 kg
Débit de pyrolyse : 2,9 10-2 kg/s
Temps de combustion : 23 min
Puissance foyer= 600 kW
Vitesse combustible = 0,16 m/s
à 78 °C
Locaux (m)
Local_feu : L= 6 ; l = 4 ; h= 3
Local_cible : L= 3,8 ; l = 4 ; h= 3
foyerVolume extérieur
Attention :Clapet de sortie pas pris en compte
• Géométrie & maillage
Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997)
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Températures à la verticale du foyer z = 1,8 m
0
200
400
600
800
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500secondes
Celsius
Calculs Mesures
• Températures instantanées & profil temporel
Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997)
GDR Incendie 6 / 8 juin 2007 CorteEric Wizenne EDF R&D - Chatou15
• Vitesse du mélange gazeux
• Fraction massique des produits de combustion
Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Feu d’Éthanol (CNPP 1997)
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Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Synthèse
• LES PLUS
Code gratuit open source déjà « industrialisé »
• LES MOINS
Code généraliste en méca-flu⇒ temps de calcul + élevés
⇒ adaptation aux incendies nécessaireModèles spécifiques
TurbulenceRayonnementCombustionIncompressible ou faiblement compressible
Maillages tout type et géométries complexes
Conditions aux limitesThermique paroi + ….
Couplages SYRTHES, Code_Aster®, Code_Saturne®
Interface graphiqueMise en données et lancement des calculs
Dossier de validation complet
Dossier de validation incendie⇒ à bâtir
Modèle de pyrolyse et de suies ⇒ à améliorer
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Code_Saturne® Application à la problématique Incendie : Modélisation 3D Prospectives & collaborations
• DEVELOPPEMENTS COURT-TERME
Modèle de pyrolyse
Modèle de suies
• DEVELOPPEMENTS MOYEN-LONG TERME
Modèles de détecteur
de sprinkler
de brouillard d’eau
etc ...
En collaboration avec
LABOS UNIVERSITAIRES
INDUSTRIELS
intéressés par le développement d’un code 3D incend ie à partir de Code_Saturne®
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Code_Saturne®
Modélisation 3D
Réunion le 12 juillet 2007 à EDF R&D (Chatou)
Présentation de Code_Saturne®
Chacun précisera ses besoins, ses attentes et son implication potentielle
Contacts incendie
[email protected] [email protected] 01.30.87.86.34
Contact Code_Saturne®
