développement d’un mod èle simple de calcul des flux sur
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
DDééveloppementveloppement dd’’un un modmod èèlele simple simple de de calculcalcul des flux des flux sursur les structures les structures
dansdans le le cascas de de flammesflammes extext éérieuresrieures
Alexis COPPALLEAlexis COPPALLE [1][1] , Sylvain DESANGHERE, Sylvain DESANGHERE [2][2] , Daniel JOYEUX, Daniel JOYEUX [3][3]
[1][1] UMR 6614 CORIA Saint Etienne du RouvrayUMR 6614 CORIA Saint Etienne du Rouvray[2][2] CTICM Saint RCTICM Saint R éémy lmy l èès Chevreuses Chevreuse
[3][3] EFECTIS Saint REFECTIS Saint R éémy lmy l èès Chevreuses Chevreuse
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
contextecontexte de de ll ’é’étudetude
• réglementation actuelle: majoritairement « à obligation de moyens »,prise en compte réduite des particularités de chaque ouvrage.démarche prescriptive,
• une nouvelle approche de la sécurité contre l’incendie« à obligation de résultats »étude détaillée du développement du feu et de la physique mise en jeu.concept d’« ingénierie de la sécurité contre l’incendie »
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
ObjectifsObjectifs de de ll ’é’étudetude
Procedure de Procedure de calculcalcul de de l’échauffement d’éléments de structure en acier situés à l’extérieur d’un bâtiment en feu. (EUROCODE 3)
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
ObjectifsObjectifs de de ll ’é’étudetude
• vérifier la stabilité des structures situées à l’extérieur des bâtiments. (Contract 7210-PR/380) »• améliorer les modèles existants afin de mieux prédire les actions thermiques sur les éléments de structure extérieurs• étendre les modèles de transferts thermiques afin de prendreen compte les effets des diverses protections thermiques et les différents type d’éléments• vérifier les modèles développés en les confrontant à des résultatsexpérimentaux• mettre au point des règles de calcul simplifiées permettantd’estimer l’échauffement des éléments de structure.
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
11èère re éétapetape ::
Validation d’un outil numérique FDSpour la simulation des flammes extérieures
•Comparisons avec les résultatsexpérimentaux d’un test CTICM
–Valeur mesurée du HRR utilisée pour les simulations
–Comparaison des températures pour des points situés à l’intérieur et àl’extérieur
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
11èère re éétapetape : Validation de : Validation de ll ’’outiloutil numnum éériquerique
description du description du cascas testtest
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
Side view Facade view
11èère re éétapetape : Validation de : Validation de ll ’’outiloutil numnum éériquerique
Thermocouples Thermocouples utilisutilis ééss pour le testpour le test
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
11èère re éétapetape : Validation de : Validation de ll ’’outiloutil numnum éériquerique
Temps [s]0 500 1000 1500 2000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Temperature moyenne
Mesurées Calculées
Temperatures Temperatures àà ll ’’ intint éérieurrieur en en °°CC
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
11èère re éétapetape : Validation de : Validation de ll ’’outiloutil numnum éériquerique
Calculées
TempTemp éératures ratures àà ll ’’extext éérieur en rieur en °°CC
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
11èère re éétapetape : Validation de : Validation de ll ’’outiloutil numnum éériquerique
• Le modèle FDS est en bon accord avec les valeurs expérimentales pour le test CTICM
===> utilisation de FDS pour analyser l’influence des paramètres dans le scénario « flamme extérieure »
===> utilisation de FDS pour étendre les études au delà du cas du test
conclusionsconclusions
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
CasCas de de deuxdeux ouverturesouvertures diffdiff éérentesrentes
Condition de ventilation forcée à travers la fenêtre
Vitesses à travers les ouvertures (m/s)
• Une fenêtre et une porte
•Position du plan neutre
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
CasCas de de deuxdeux ouverturesouvertures diffdiff éérentesrentes
•Conclusions–Quand les ouvertures sont très differentes, une approche plus détaillée que le modèle de zone est nécessaire :
Position du plan neutre
===> loi utilisable par un modèle de zone
–Pour des ouvertures régulières, la longueur de flammeexterne depend seulement de la valeur de la somme des ouvertures
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
EffetsEffets de la de la geomgeom éétrietrie du du compartimentcompartiment
•différentes simulations avec FDS
–Cas de référence. Compartiment cubique
–Compartiment profond (2 fois le cas cubique)
–Compartiment large (3 fois le cas cubique)
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
ComparaisonComparaison cubique/profondcubique/profond
Vue en coupe
Temperature en °C
• la charge combustible est la même dans les deux cas
Lignes pointillées: cas cubique (réference)
• le HRR est très faibledans le fond du compariment profond
• même forme de flamme pour les deux cas
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
ComparaisonComparaison cubiquecubique /large/large
•Écoulements complexes pour le cas large
Ecoulement 3D
Vitesse horizontale dans la direction x
X
y
• Le HRR est pratiquementle même dans les deux casdans la partie devantl’ouverture
• Le HRR n’est pas négligeable dans les cotésdu compartiment large
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
ComparaisonComparaison cubiquecubique /large/large
Temperature en °C
Faibles différencesdans les formes de flamme extérieure
Vue en coupe
Lignes pointillées: cascubique (réference)
Lignes continues: compartiment large
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
EffetsEffets de la de la geomgeom éétrietrie du du compartimentcompartiment
•Conclusions de l’étude numérique- Le compartiment cubique produit les flammes externes les plus hautes
- les champs de température externe du compartiment long sontpeu différents du cas cubique
- les températures externes sont plus faibles dans le casdu compartiment large
• L’utilisation du cas du compartiment cubique est“sécuritaire” pour prédire les impacts thermiques surles structures extérieures
– Cela permet d’étendre la validité de la méthode simplifiée au cas des compartiments non cubiques.
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
Compartment fire
Solid flame
View factor
Design fuel release rate
DevelopementDevelopement dd’’un un modmod èèlele simplesimple
prpr éédictiondiction des des effetseffets thermiquesthermiques de de ll ’’ incendieincendiesursur des structures des structures extextéérieuresrieures
fuelm.
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
HypothHypoth èèsesses simplificatricessimplificatrices
air
fuelairfuel m
mr
&
&
/=φ
•État quasi-stationnaire:
évolution du débit de combustible ou du HRR
évolution lente /autres phénomènes
•Utilisation des principaux concepts de l’eurocode
–Modèle de flamme solide
–Calcul des facteurs de forme
•Choix du taux de dégagement du combustible
–Utilisation du paramètre“richesse globale equivalente”
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
HypothHypoth èèsesses simplificatricessimplificatrices
air
fuelairfuel m
mr
&
&
/=φ
•Le Taux de dégagement de chaleur (HRR) à l’intérieur et à l’extérieur est fonctionde la richesse globale equivalente
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
CasCas de base: de base: ggééomom éétrietrie simple et simple et ouverturesouvertures àà la la mêmemême hauteurhauteur
HAGERr
HAGERR
airfuel
⋅⋅≈= 088.05.0
/
]40
)800;0max(65.1;5.0max[
−+⋅=
TGER
h
X
));max(
027.01)(()(,
0,stfuelfuel
afaz mm
wlTTTlT
&&
⋅−−+=
•Calcul du taux de pyrolyse (débit de fuel)
•La longueur totale de flamme est donnée par (T en °C)
•La température sur l’axe de la flamme est donnée par
19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
One zone
model
External
flames model
Thermal
actions
calculation
Openingsgeometry
Compartmentproperties
Fire load
Arbitrarygrowing
phase
Gasestemperature
GER
Flow rates through
openings
Flames temperature
Flames dimensions
Thermal transfer
coefficients
Location and orientation of the target
Sim
ple
open
ings
Multiple openings
Compartment
Com
plex
geom
etry
CFD
One zone
model
External
flames model
Thermal
actions
calculation
Openingsgeometry
Compartmentproperties
Fire load
Arbitrarygrowing
phase
Gasestemperature
GER
Flow rates through
openings
Flames temperature
Flames dimensions
Thermal transfer
coefficients
Location and orientation of the target
Sim
ple
open
ings
Multiple openings
Compartment
Com
plex
geom
etry
CFD
MMééthodethode complcompl èètete
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19/12/2006 Séminaire Incendie - 4ème GdR
niveauniveau 2: 2: ouverturesouvertures multiples multiples ààdiffdiff éérentesrentes hauteurshauteurs
•Determining the temperature-time curve in the compartment with better accuracy than the parametrical fires
•Determining the neutral plane to define an equivalent opening according to the conditions of air entrance and external flaming
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