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
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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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