etude de sensibilitéé dd’’outils de simulation du risque...

Etude de sensibilitEtude de sensibilitéédd’’outils de simulation du risque incendie outils de simulation du risque incendie

àà bord des naviresbord des navires

Christine LALLEMAND, Julien LOUICHEChristine LALLEMAND, Julien LOUICHEDGA Techniques navalesDGA Techniques navales

Ahmed KAISS, Bernard PORTERIE (ETIC/IUSTI)Ahmed KAISS, Bernard PORTERIE (ETIC/IUSTI)Sylvain SUARD (ETIC/IRSN)Sylvain SUARD (ETIC/IRSN)

LUCIFER (*): Logiciel macroscopique de propagation incendie

Outils de simulation Incendie à bord des naviresOutils de simulation Incendie à bord des navires

ŒIL (*)

Feux domestiques/industriels

Z O N E C H A U D E

Z O N E F R O ID E

Feux de matières pyrotechniques

MEGALO (*)

REPARE (*) -> transferts thermiques par une cloison (isolée / arrosée)

DGA Tn - ETIC GDR Feux – 17 et 18/06/2010 N°2 / 29MINISTÈRE DE LA DÉFENSE

0D- 1D

2D- 3DSAFIR (**)��Développement incendie 3D instationnaire polyphasique

Configuration mono- et multi-compartiments

d=100µm d=100µm

d=125µmd=125µm

ALP5E-054.5E-054E-053.5E-052.5E-052E-051.5E-051E-05d=75µm

T13001000700400380360340330320

d=75µm

REPARE (*) -> transferts thermiques par une cloison (isolée / arrosée)PROPAGAZ (*) -> propagation des fumées par une gaine de ventilationFLAM2 (*) -> comportement d’une munition soumise à un incendie

(*)Tous droits réservés DGA Tn (**)Tous droits réservés DGA Tn/IUSTI

Le modèle à 2 zones ŒIL Le modèle à 2 zones ŒIL (*)(*)-- Présentation (1)Présentation (1)


Evaluation des conséquences d’un feu domestique ou industriel dans un local confiné ou semi-confiné, ventilé ou non

Evaluation du bon dimensionnement des protections thermiques des parois

Evaluation de l’efficacité de la lutte par arrosage

(*)Tous droits réservés DGA Tn


DIRECTION DES CENTRESD'EXPERTISE ET D'ESSAIS

CENTRE TECHNIQUE DESSYSTEMES NAVALS

DGATemperature des gaz en zone chaude

OEIL v1.2 - differents diametres d arrosages

temps (s)

C

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

0

100

200

300

400

500

tcc reftcc 1000tcc 500tcc 400tcc 300tcc 200tcc 100

PREVENTION ET LUTTE CONTRE LES SINISTRES

ISOLATION DES PAROIS (V 1.1 in 2004)

CL EN TEMPERATURE (V 1.4 in 2006)




DGATemperature moyenne dans le local en zone chaude

OEIL v 1.1.1 - local ferme

temps (s)

C

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

0

80

160

240

320

400

tcc reftcc platcc pla+soltcc pla+partcc isol


LUTTE PAR ARROSAGE (V 1.2 in 2004)



VENTILATION (V 1.3 en 2005 & V1.5 en 2009)



DGAOeil 1.2 vs 1.3

Temperature Zone Chaude dans le local (C)

T(C

)

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

0

60

120

180

240

300

v1.2v1.3


temps (s)0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600


TRANSITION AVEC/SANS PANACHE (V 1.3 en 2005)


DIRECTION DEL'EXPERTISE TECHNIQUE


DGA

OEIL 1.51 - PRISME - PRS-SI-D1

Debits volumiques de ventilationExtraction et soufflage en haut

Temps (s)

Deb

(m3

/h)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

-1100

-900

-700

-500

-300

-100

100

300

500

700

900

1100

Mes admMes extCal admCal ext


Modééééliser en 3D instationnaire le dééééveloppement d’’’’un incendie en milieu(semi-)confinéééé et l’’’’efficacitéééé des moyens de lutte par arrosage dansdes configurations mono et multi - compartiments avec partition:� Comportement d’un feu (propergol, matière organique,

hydrocarbures),� Ecoulement diphasique (eau - produits de combustion) induit par

l’aspersion du foyer

Le modèle à champ SAFIR Le modèle à champ SAFIR (**)(**)-- Présentation (1)Présentation (1)


Partition

Spray, brouillardd ’eau

(**)Tous droits réservés DGA Tn/IUSTI

Le modèle à champ SAFIR Le modèle à champ SAFIR (**)(**)-- Présentation (2)Présentation (2)

Systèèèème Equations de transport instationnaires pour chaque phase (gaz/liquide/solide)

fortement coupléééées

Sous - modèèèèlesTurbulence: (k-e RNG + effets gravitationnels)Rayonnement Multiphasique (gaz/suies/brouillard polydisperse)



Rayonnement Multiphasique (gaz/suies/brouillard polydisperse)Interaction Combustion/turbulence (EDC+Limite cinétique)Interactions entre phases (évaporation, pyrolyse et combustion, etc.)

Réééésolution numéééériqueVolumes finisCouplage pression-vitesse: algorithme ITERATIVE PISO Mééééthode de réééégions bloquéééées (obstacles, cibles, etc.)

Le modèle champ SAFIR Le modèle champ SAFIR (**)(**)-- Présentation (3)Présentation (3)



Isothermes 370, 420 et 520 KEssai PRISME SOURCE (PRS-SI-S1)

PRISMEPRISME--SOURCE SOURCE -- DonnDonnéées PRSes PRS--SISI--D1 (Ref)D1 (Ref)

LOCAL SOURCE : LOCAL R2 de la plateforme DIVA (IRSN)Dimensions: 6 m x 5 m x 3.95 mParois en béton – Plafond isolé (laine de roche)

Ventilation:TR = 4.7h-1

ou 560m3/h

Ventilation:TR = 4.7h-1

ou 560m3/h


Foyer: bac circulaire de 0.4m2 à 40cm du solCombustible: dodécane (C12H26, 800kg/m

3 et hcomb=42 MJ/kg)Mesure du débit de pyrolyse en continu (14.3/16kg ont brûlé)

Comparaison Calcul/ExpComparaison Calcul/Expéérience pour PRSrience pour PRS--SISI--D1 (1)D1 (1)



DGA


Differentiel moyen de pressionExtraction et soufflage en haut

Temps (s)

Dif.

dep

ress

ion

(Pa)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

MesCal moy





DGA


Fraction massique O2 en zone chaudeExtraction et soufflage en haut

Temps (s)

Fra

ctio

nm

ass

iqu

e(k

g/k

g)

0 175 350 525 700 875 1050 1225 1400 1575 1750 1925 2100 2275 2450 2625 2800 2975 3150 3325 3500

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

xo2 Haut Mesxo2cc Cal


Pression relative et concentration en O2 en zone chaude

Comparaison Calcul/ExpComparaison Calcul/Expéérience pour PRSrience pour PRS--SISI--D1 (2)D1 (2)



DGA


Temperatures zones chaude et froideExtraction et soufflage en haut

Temps (s)

Tem

per

atu

re(C

)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

zc Mes MoyMes Moyzf Mes Moyzc CalCal Moyzf Cal


Température dans le local et flux total



DGA


Densite de flux paroi nordExtraction et soufflage en haut

Temps (s)

Flu

x(W

/m2

)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

Mes 355Mes 260Mes 155Mes 30Mes moyCal ccCal moyCal cf



Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– Plan dPlan d’’expexpéériencerience

Plans factoriels à deux niveaux de variation :� chaque facteur peut prendre 2 valeurs,� toutes les combinaisons de niveaux sont effectuées au cours del'expérimentation.

Plans factoriels complets : 2k� le nombre d’expériences augmente très vite avec le nombre de facteurs� pour k facteurs prenant chacun 2 niveaux �� plan à 2k essais


pour k facteurs prenant chacun 2 niveaux plan à 2 essais

Plans factoriels fractionnaires : 2k-q (plan complet divisé par 2q)On se limite à 2k-q essais �� moins d’expériences au prix d’une perte d’information

qui, dans la plupart des cas, n’est pas gênante

Dans le cas présent:� 6 facteurs à 2 niveaux� PFC : 26=64 essais� PFF : 26-3= 8 essais avec interaction entre facteurs

(théorie des aliases)

Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– 6 Facteurs 6 Facteurs –– 8 essais8 essais

Paramètres

d’entrée

1 2 3 4 5 6

MLR (kg/s)

Fraction Radiative (ŒIL)

Densité Suies

(SAFIR)

Conductivité (parois) (W/m/K)

Cp (parois) (J/kg/K)

Emissivité (parois)

Ventilation (m3/h)

0 Ref 0.35 1800 1.5 1000 0.7 560

1 -10 % 0.3 1620 1.93 800 0.9 620

2 +10 % 0.3 1620 1.07 800 0.5 620


3 -10 % 0.4 1980 1.07 800 0.9 500

4 +10 % 0.4 1980 1.93 800 0.5 500

5 -10 % 0.3 1620 1.93 1200 0.5 500

6 +10 % 0.3 1620 1.07 1200 0.9 500

7 -10 % 0.4 1980 1.07 1200 0.5 620

8 +10 % 0.4 1980 1.93 1200 0.9 620

Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– RRééponsesponses

Réponses Dénomination Position Commentaires

T1Température moyenne verticale quart NE (°C)

(-1.5 ; -1.25 ; Z) Maximum [0; 3600 s]


(-1.5 ; -1.25 ; Z) Moyenne [1500; 2500 s]

XO2Fraction molaire d’oxygène quart SE (-)

(1.5 ; -1.25 ; 3.3 ou Zc) Minimum [0; 3600 s]

Twall Température paroi Nord (°C) (-3 ; 1.5 ; 2.6 ou Zc) Maximum [0; 3600 s]


RHF Flux radiatif paroi Nord (W/m2) (-3 ; 1.5 ; 2.6 ou Zc) Maximum [0; 3600 s]

THF Flux total paroi Nord (W/m2) (-3 ; 1.5 ; 2.6 ou Zc) Maximum [0; 3600 s]

P1 Pression relative (Pa) Local moyenne [1500; 2500 s]

P2 Pression relative (Pa) Local Maximum [0; 3600 s]

P3 Pression relative (Pa) Local Minimum [0; 3600 s]



DGAOEIL 1.51 - PRISME - PRS-SI-D1

BE#2 - Sensitive analysisMass Loss Rate

0.012

0.013

0.014

MLR +10MLR refMLR -10

Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– DDéébit de pyrolysebit de pyrolyse


Temps (s)

ML

R(k

g.s

-1)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

0.011MLR -10


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– TempTempéérature moyennerature moyenne




BE#2 - Sensitive analysisMean temperature

C) 200

220

240

260

280

exp 0exp 1exp 2exp 3exp 4exp 5


Time (s)

Tem

per

atu

re(C

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

20

40

60

80

100

120

140

160

180exp 5exp 6exp 7exp 8


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– Concentration OConcentration O22




BE#2 - Sensitive analysisHot layer oxygen concentration

atio

n(%

)

17

18

19

20

21

exp 0exp 1exp 2exp 3exp 4exp 5exp 6


Time (s)

oxy

gen

con

cen

tra

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

10

11

12

13

14

15

16exp 6exp 7exp 8


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– TempTempéérature paroisrature parois




BE#2 - Sensitive analysisNorth wall temperature

80

85

90

95

100

exp 0exp 1exp 2exp 3exp 4


Time (s)

Tem

per

atu

re(C

)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80 exp 4exp 5exp 6exp 7exp 8


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– Flux rayonnFlux rayonnéé paroisparois




BE#2 - Sensitive analysisRadiative Heat fluxes

28003000320034003600380040004200

exp 0exp 1exp 2exp 3exp 4exp 5


Time (s)

dPh

i(W

/m2

)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

0200400600800

1000120014001600180020002200240026002800

exp 5exp 6exp 7exp 8


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– Flux total paroisFlux total parois




BE#2 - Sensitive analysisHeat fluxes

2800300032003400360038004000



Time (s)

dPh

i(W

/m2

)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

0200400600800

1000120014001600180020002200240026002800 exp 4

exp 5exp 6exp 7exp 8


Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– Pression relativePression relative




BE#2 - Sensitive analysisMean relative pressure

500

600

700

800

900



Time (s)

dP

(Pa)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400exp 4exp 5exp 6exp 7exp 8


Tmax Tstat XO2 Tparoi RHF THF Pstat Pmax Pmin

MLR 0,644 0,722 -0,884 0,515 0,921 0,929 0,417 0,944 -0,460

Xr -0,012 -0,034 0,007 -0,090 -0,041 -0,041 -0,013 -0,001 -0,053

k -0,071 -0,251 0,079 -0,704 0,036 0,038 -0,061 -0,013 -0,133

Cp -0,102 -0,235 0,038 -0,465 0,068 0,068 -0,032 -0,075 -0,113

εεεε -0,754 -0,590 0,111 0,079 0,379 0,360 -0,079 -0,316 0,113

COEFFICIENTS DE REGRESSION POUR ŒIL

Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– RRééponses (variables sortie)ponses (variables sortie)

Matrices des coefficients de régression (code SUNSET, IRSN)


εεεε -0,754 -0,590 0,111 0,079 0,379 0,360 -0,079 -0,316 0,113

Q -0,013 -0,100 0,444 -0,073 -0,004 -0,004 0,899 0,034 -0,859

Tmax Tstat XO2 Tparoi RHF THF Pstat Pmax Pmin

MLR 0,754 0,699 -0,797 0,624 0,792 0,951 0,334 0,340 0,000

Ro_soot -0,104 -0,074 -0,028 -0,068 -0,093 -0,149 -0,022 -0,068 0,000

k -0,273 -0,374 0,141 -0,529 0,000 -0,083 -0,130 -0,079 0,000

Cp -0,259 -0,287 0,143 -0,466 0,052 -0,080 -0,028 -0,074 0,000

εεεε -0,494 -0,488 0,187 -0,254 0,593 -0,240 -0,214 -0,225 0,000

Q -0,188 -0,213 0,510 -0,201 0,096 0,011 0,908 0,904 -1,000

COEFFICIENTS DE REGRESSION POUR SAFIR

T stationnaire OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

T stationnaire SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

Analyse de SensibilitAnalyse de Sensibilitéé –– RRéésultats (1)sultats (1)


(-1.5; -1.25; Z)Moyenne sur[1500;2500 s]


-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

T2, dans la phase stationnaire, dépend essentiellement de:• l’emissivité des parois (effet <0)• du débit-masse de pyrolyse (effet >0)

XO2 OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

XO2 SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

XO2Fraction molaire d’oxygène couche chaude

(-1.5; -1.25;3.3)Min sur[0; 3600 s]



-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

XO2 dépend essentiellement de :• du débit de ventilation (effet >0)• du débit-masse de pyrolyse (effet <0)

T Paroi OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

T Paroi SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

TwallTempérature paroi Nord (°C)

(-3; 1.5; 2.6)Max. sur[0;3600 s]



-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

Twall dépend essentiellement de 3 facteurs:• de la chaleur spécifique• de la conductivité des parois (effet <0)• du débit-masse de pyrolyse (effet >0)

Flux radiatif OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

Flux radiatif SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

RHFFlux radiatif paroi Nord (W/m2)

(-3; 1.5; 2.6)Max. sur[0;3600 s]



-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

Le flux radiatif RHF dépend de 2 facteurs (effets >0):• l’emissivité des parois• du débit-masse de pyrolyseInfluence négligeable des autres facteurs

Flux total OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

Flux total SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

THFFlux total paroi Nord (W/m2)

(-3; 1.5; 2.6)Max. sur[0;3600 s]



-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

Le flux total THF dépend essentiellement de 2 facteurs :• l’emissivité des parois (effet >0 pour OEIL, <0 pour SAFIR)• du débit-masse de pyrolyse (effet >0)

dP moyen stationnaire OEIL

Q eps Cp k Xr MLR

dP moyen stationnaire SAFIR

Q eps Cp k Xr MLR

P1 Pression relative (Pa) LocalMoyenne sur[1500;2500 s]



-1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

La pression relative moyenne dépend essentiellement des débits de ventilation et de pyrolyse (effets >0)

��EtudesEtudes dede validationvalidation etet dede sensibilitsensibilitéé menmenééeses avecavecunun codecode àà zoneszones ((ŒŒIL)IL) etet unun codecode àà champchamp (SAFIR)(SAFIR)

�� similaritsimilaritéé desdes rrééponsesponses

Conclusions et PerspectivesConclusions et Perspectives

��LL’é’étude de sensibilittude de sensibilitéé permet dpermet d’’analyser lanalyser l’’ influence influence de certains facteurs sur le comportement du feude certains facteurs sur le comportement du feu


LL tude de sensibilittude de sensibilit permet dpermet d analyser lanalyser l influence influence de certains facteurs sur le comportement du feude certains facteurs sur le comportement du feu

�� nnéécessitcessitéé dede mieuxmieux caractcaractéériserriser leslespropripropriééttééss thermothermo--physiquesphysiques desdes parois,parois,notammentnotamment ll’é’émissivitmissivitéé

�� orienterorienter plusplus finementfinement lesles recherchesrecherches

etude de sensibilitéé dd’’outils de simulation du risque...

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