Soutenance de thèse de PERRIN Loïc
Titre de thèse
Étude expérimentale des écoulements induits lors d'un incendie dans une enceinte confinée et mécaniquement ventilée. Application aux scénarios d'incendie dans un milieu sous-ventilé.
Experimental study of the induced flows during a fire in a confined, mechanically ventilated enclosure. Application to fire scenarios in an under-ventilated environment.
Résumé de la thèse
La compréhension des écoulements dans les compartiments incendiés et mécaniquement ventilés est nécessaire à l'amélioration de la prédiction du comportement des incendies. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement aux écoulements induits par l'admission d'air frais en partie haute d'un local et à leur interaction avec une couche de fumée stratifiée. Une étude expérimentale est menée à échelle réduite, en combinant mesures de température et vélocimétrie par image de particules (PIV). Les écoulements de fumées générés par un feu de nappe d'éthanol sont d'abord caractérisés afin de décrire leur organisation au sein du compartiment. L'étude est ensuite centrée sur l'écoulement d'air frais injecté verticalement vers le bas. Les résultats montrent que son comportement résulte de la compétition entre inertie initiale, entraînement turbulent et flottabilité. L'évolution de la différence de température entre l'écoulement et le milieu extérieur conduit à une transition d'un régime de panache vers un régime de fontaine. Selon les conditions d'injection et de stratification, l'écoulement peut être piégé dans la couche de fumée, s'effondrer dans la couche inférieure ou atteindre le sol. Un modèle est développé pour représenter cet écoulement dans un milieu stratifié. La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que le modèle reproduit les principaux régimes observés ainsi que les tendances d'évolution de la température, de la vitesse et de la longueur de l'écoulement. Ces travaux apportent ainsi une caractérisation expérimentale des écoulements étudiés et une modélisation simplifiée de leur interaction avec une stratification de fumées.
Thesis resume
An understanding of flow patterns in fire-affected, mechanically ventilated compartments is essential for improving the prediction of fire behaviour. This thesis focuses specifically on the flow patterns induced by the inflow of fresh air at the upper part of a room and their interaction with a stratified smoke layer. A small-scale experimental study was conducted, combining temperature measurements and particle image velocimetry (PIV). The smoke flows generated by an ethanol pool fire were first characterised in order to describe their organisation within the compartment. The study then focuses on the flow of fresh air injected vertically downwards. The results show that its behaviour results from the competition between initial inertia, turbulent entrainment and buoyancy. The evolution of the temperature difference between the flow and the surrounding environment leads to a transition from a plume regime to a fountain regime. Depending on the injection and stratification conditions, the flow may become trapped within the smoke layer, collapse into the lower layer or reach the ground. A model is developed to represent this flow in a stratified environment. Comparison with experimental results shows that the model reproduces the main observed regimes as well as the trends in the evolution of temperature, velocity and flow length. This research thus provides an experimental characterisation of the flows under investigation and a simplified model of their interaction with smoke stratification.