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Phénoménologie et calculs numériques de la propagation d'une flamme prémélangée hydrogène-air pauvre dans un milieu turbulent


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Aurélie FAIX-GANTIER
Thèse de doctorat de physique, Université de Poitiers, 278 p.
soutenue le 18/12/2001

Type de document > *Mémoire/HDR/Thèse

Mots clés > enceinte réacteur, modélisation, risque hydrogène, simulation numérique

Unité de recherche > IRSN/DSR/SAGR

Auteurs >

Date de publication > 18/12/2001

Résumé

Ce travail de doctorat a pour objet l'étude de la propagation d'une zone de combustion dans un milieu turbulent constitué d'un mélange pauvre hydrogène-air. Le but est de préciser les caractéristiques d'une telle propagation ainsi que les modèles de combustion et de turbulence nécessaires à l'étude numérique de celle-ci, compte tenu des spécificités introduites par la nature des mélanges combustibles et les caractéristiques du confinement dans lequel s'effectue la propagation. Le champ d'application d'une telle étude est la prévention des accidents et la maîtrise du risque hydrogène dans les enceintes de réacteurs nucléaires. Nous avons d'abord déterminé les vitesses et épaisseurs de flamme laminaire pour des mélanges hydrogène-air pauvres. Puis, nous avons effectué une analyse de stabilité pour ces mélanges considérés, ce qui nous a permis de dégager des échelles caractéristiques liées aux instabilités de flamme. Enfin, nous avons estimé les échelles caractéristiques liées à la turbulence présentes au sein d'une enceinte de réacteur nucléaire afin d'en déduire les régimes de combustion en écoulements turbulents potentiellement présents au sein d'une enceinte de réacteur nucléaire. Nous avons ensuite choisi un modèle de combustion de type flammelette (modèle BML) pour étudier une flamme turbulente monodimensionnelle plane se propageant au sein d'un prémélange réactif constitué d'hydrogène et d'air. Nous avons, en particulier, analysé la capacité d'un tel modèle à restituer une vitesse de propagation correcte du front de réaction moyen et ce, en étudiant les propriétés de propagation intrinsèques des zones de réaction moyenne calculées sur la base de ce type de modèle. Nous avons enfin montré par des calculs instationnaires de propagation, qu'un choix adéquat de la valeur du paramètre multiplicatif intervenant dans le terme de production chimique moyen permettait alors de prédire correctement la vitesse de flamme turbulente.