LEMTA - CEREN 1

Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et AppliquéeAppliquée

Métrologie des feux de Métrologie des feux de végétationvégétation

Khaled CHETEHOUNAKhaled CHETEHOUNA Alain DEGIOVANNI,Alain DEGIOVANNI,

Olivier SERO-GUILLAUMEOlivier SERO-GUILLAUME

CERENCEREN

Frédérique GIROUDFrédérique GIROUD Claude Claude PICARD PICARD

LEMTA - CEREN 2

II- Présentation des capteurs de flux de chaleur

II.1. Capteur II.1. Capteur simplesimple

Calibrage des différents modèles par la Calibrage des différents modèles par la mesure de Mmesure de Mr r , T, Tff et V et Vff

Pour instrumenter des feux réels, ce capteur Pour instrumenter des feux réels, ce capteur devrait satisfaire les conditions suivantes :devrait satisfaire les conditions suivantes :

• Il doit être simple et commode d’installation et d’emploi.• Il doit avoir un coût le plus faible possible.

• Il ne doit pas être détruit par le passage du feu.

• Son échelle caractéristique doit être adaptée à celle utilisée par les modèles de propagation de type « réaction-diffusion ».

• Il doit permettre l’évaluation des flux thermiques.• Il doit permettre aussi l’évaluation de la température et de la vitesse moyennes des gaz induits par les flammes.

LEMTA - CEREN 3

Coupes horizontale et verticale du capteur simple

LEMTA - CEREN 4

Modélisation du capteur et fonction de Modélisation du capteur et fonction de transferttransfert

Bloc N° 1

Bloc N° 2Bloc N° 3

Bloc N° 4

eR~

eR~

eR~

cuC

cuCcuC

cuC

1eR1e

R

1eR

2eR

acC

acC

r

r

r

r1e

R

0T

refTrefT

refTrefT

1'1'

44

2'2'

33

2

1

'1

'2

'3

'4

3

4

R

R

R

ReR~ eR

cuC acC

refT

cu ac

Rcu ac

0r

eee RRR 11

,

ac ,'4,

'3,

'2

'1

FluxFlux Fonction de transfertFonction de transfert

)(tcu

)(tac=

)(tcu

)(tac

TempératuresTempératures

)~11

(e

cuRRdt

dC

R1

R1

)11

(e

ac RRdtd

C

LEMTA - CEREN 5

Expériences d’identification et estimation des Expériences d’identification et estimation des paramètresparamètres

Quatre expériences sous lampe halogène et avec écran Quatre expériences sous lampe halogène et avec écran réfléchissantréfléchissant

Minimisation de la fonctionMinimisation de la fonction

4

1 0 0

22exp exp

)(~),()(~),()(i

t t

iac

iac

icu

icu dtttdtttObj

101

,,, et t

eaccu RCRC

Mesure des Mesure des différentes différentes

températurestempératures4,3,2,1~~ ii

aci

cu pour et ++

13.343211.110.7Valeurs

)/WKR ( )( J/KCcu )( J/KCac )/WKRe ( WKRe /0.44~ avec

LEMTA - CEREN 6

Mesure du flux radiatif – expériences de Mesure du flux radiatif – expériences de corroborationcorroboration1.1. Quatre expériences sous lampe halogène et sans écran Quatre expériences sous lampe halogène et sans écran

réfléchissantréfléchissant

températures flux de chaleur

Différentes températures Différentes températures expérimentales et théoriquesexpérimentales et théoriques

Ecart relatif Ecart relatif 2.5 2.5 %%

LEMTA - CEREN 7

2.2. Deux séries d’expériences sous panneau radiant Deux séries d’expériences sous panneau radiant 11 = 20.25 kW/m = 20.25 kW/m22 et et 22 = = 32.94 kW/m32.94 kW/m22

températures flux de chaleur

11 = 20.25 = 20.25 kW/mkW/m22

LEMTA - CEREN 8

22 = 32.94 = 32.94 kW/mkW/m22

températures flux de chaleur

II.1. Capteur II.1. Capteur doubledouble

Cet instrument de mesure, outre les critères Cet instrument de mesure, outre les critères que doit satisfaire le capteur simple devrait que doit satisfaire le capteur simple devrait

permettre :permettre :• La mesure des flux radiatifs.

• La mesure des flux convectifs.

LEMTA - CEREN 9

Coupe horizontale du capteur double

Thermocouples

Armature en acier

Plaquettes en molybdène

Support thermocouples

Isolant

Colle céramique

10

11

12

9

13

70 mm

80 mm

15

23

4

67

8

20 mm

1 mm

LEMTA - CEREN 10

Représentation du capteur double par le même modèle réduit ++ Utilisation de la même

procédure d’identification

26.466.42.946.7Valeurs

)/WKR ( )( J/KCmo )( J/KCac )/WKRe (

1013.5

)/(~ WKRe

Les flux totaux

)(1

)()~11

()(

)(

)(1

)()~11

()(

)(

tR

tRRdt

tdCt

tR

tRRdt

tdCt

acb

e

bmob

acn

e

nmon

)()()(

)()()(

ttt

ttt

rcb

rcn

Les relations entre les flux totaux et les flux radiatif et

convectif

++

Flux radiatif et flux Flux radiatif et flux convectifconvectif

)(1

()()~11

(1

1)(

)()()~11

(1

1)(

tR

ttRRdt

dCt

ttRRdt

dCt

acnb

e

moc

bn

e

mor

LEMTA - CEREN 11

III- Mesure de vitesse

Détermination du Détermination du champ de vitesse Vchamp de vitesse Vff

Capteur double :Capteur double : relation entre le nombre de relation entre le nombre de NusseltNusselt

et le nombre de Reynolds et le nombre de Reynolds Capteur simple :Capteur simple : relation entre le nombre de relation entre le nombre de ReynoldsReynolds

et les oscillations des fluxet les oscillations des flux

III.1. Etude III.1. Etude bibliographiquebibliographique

1.1. Ecoulement autour d’un prisme Ecoulement autour d’un prisme carré, carré, Igarachi Igarachi (1986)(1986)

2.2. Ecoulement autour d’un cylindre Ecoulement autour d’un cylindre de section carrée, de section carrée, Okajima Okajima

(1982)(1982)

5.0Re64.0 :frontale face lasur fNu

3/2Re173.0 :arrière face lasur aNu

3/2Re131.0 :latérales faces lessur lNu

LEMTA - CEREN 12

Plaquette de cuivre

TU ,

pT

1

2

3

4

Gaz environnant

Gaz environnant

2

1 3

4

Capteur

TU ,

III.2. Simplification de III.2. Simplification de l’étudel’étude

III.3. Simulations III.3. Simulations numériquesnumériques

Paroi supérieure

Plaquette de cuivre U

T D d

y

x

Air

Paroi inférieure

L

La géométrie retenue est celle La géométrie retenue est celle d’d’IgarachiIgarachi (1986) (1986)

LL == 8080 cm, Dcm, D == 4040 cm et dcm et d == 33

cmcm

TT == 2020 °C°C et Tet Tpp == 100100

°C°C0.030.03 m/sm/s << UU << 11 m/s m/s 40 40 << ReRe <<

12501250

LEMTA - CEREN 13

On On résout les équations de résout les équations de bilan 2D avec FLUENTbilan 2D avec FLUENT

On maille le domaine de On maille le domaine de calcul avec GAMBITcalcul avec GAMBIT ++

Pas de Pas de tempstemps

tt == dd // (( 6 6 UU ))

Nombre de pas Nombre de pas de de

tempstemps == 12001200

Pour RePour Re == 623 623 UU == 0.50.5

m/sm/s 3 3

maillagmaillageses

nndd == 4848

NN == 2106021060

nndd == 6464

NN == 3814438144

nndd == 7575

NN == 5832058320

Optimiser le temps et la précision du Optimiser le temps et la précision du calculcalcul

TT

nTdNu

P

/

LEMTA - CEREN 14

Le nombre de Nusselt moyen sur chaque face du capteur en fonction Le nombre de Nusselt moyen sur chaque face du capteur en fonction du nombre Reynolds peut s’exprimer par :du nombre Reynolds peut s’exprimer par :

NuNu == cRecRe nn

52.0Re54.23 :front le fNu

78.0Re62.1 :arrière face la aNu

36.0Re52.22 :latérales faces les lNu

La corrélation sur le front La corrélation sur le front est similaire à celle d’une est similaire à celle d’une couche limite laminaire couche limite laminaire

(( ReRe 0.50.5 ))

Bon accord avec le Bon accord avec le résultat d’résultat d’Igarachi Igarachi

(1986)(1986)

Corrélation entre le nombre de Nusselt et le nombre de Corrélation entre le nombre de Nusselt et le nombre de ReynodsReynods

LEMTA - CEREN 15

Corrélation entre le nombre de Strouhal et le nombre de Corrélation entre le nombre de Strouhal et le nombre de ReynodsReynodsLe nombre de Strouhal est un nombre Le nombre de Strouhal est un nombre

adimensionnel qui caractérise la adimensionnel qui caractérise la fréquence de décrochement fréquence de décrochement

tourbillonnairetourbillonnaire

StSt == ff dd // UU III.4. Expérience III.4. Expérience annexeannexe

11 m/sm/s << UU << 1414 m/s m/s 12001200 << ReRe <<

1800018000

Veine d’essais : 1mVeine d’essais : 1m xx

0.4m0.4m Cylindre : dCylindre : d == 22

cmcm

CoordonnéesCoordonnées == 3.53.5 d d ((oxox) ) et 1.9et 1.9 d d ((oyoy))

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