Propagation and mixing of a light fluid from a buoyancy source : application to fires in underground tunnels with steep slopes
Propagation et mélange d’un fluide léger issu d’une source de flottabilité : application aux incendies dans les galeries souterraines à forte pente
Résumé
This thesis is in the framework of the fire safety applied to the french project Cigéo. This facility is composed by a complex gallery network with high local slope (10-15 %). Control of the fire risk is essential in order to limit potential damage on this facility. The impact of the slope of the tunnel on the propagation of smokes appears to be a main issue. Experiments on the propagation of a light fluid from a fixed volume, called gravity current, are made in order to quantify the impact of confinement, density difference and slope of the tunnel on the spreading laws established in the litterature for an open ambient case. New dimensionless parameters are proposed in order to take into account the effect of large density difference. An experimental study is presented on propagation and stratification of a light fluid from an continuous source. When the tunnel is inclined, two flows are formed: in the upper part, the light fluid is evacuated by buoyancy and in lower part, a backlayer is formed. Experiments highlights the dependance of the backlayer lenght as a function of the source buoyancy flux and the slope of the tunnel. The propagation rate of the light fluid in the upper part is increased by the slope of the tunnel. Consequently, the shearing stress is increased and the light fluid is destratified
Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la sécurité incendie appliquée au projet Cigéo. Ce site est constitué d'un réseau de galeries complexes présentant localement des pentes importantes (10-15 %). Sur ce type d'installations, la maîtrise du risque incendie est primordiale. Dans ce type de configuration l'impact de la pente sur la propagation des fumées apparaît comme une problématique majeure. En effet, la phase de propagation des fumées est importante d'un point de vue de la détection d'un incendie. Pour répondre à ces enjeux, des essais de propagation d'un fluide léger issu d'un volume fixe, appelé courant de densité, sont réalisés de quantifier l'impact du confinement, de la différence de masse volumique ainsi que de la pente sur les lois de propagation établies dans la littérature dans le cadre d'un milieu ambiant infini. Les résultats ont permis de proposer un nouvel adimensionnement prenant en compte les effets d'écarts de masse volumique importants. Des expériences sur la propagation et la stratification d'un fluide léger issu d'une source continue ont été réalisés. Lorsque le tunnel est incliné, deux nappes se forment : en partie haute la nappe de fluide léger est évacuée par flottabilité et en partie basse une nappe de retour stable se forme. Les essais permettent de mettre en évidence la dépendance de la longueur de cette nappe en fonction de la masse volumique de la source ainsi que de l'inclinaison du tunnel. De plus, la pente du tunnel favorise la propagation du fluide léger en aval et augmente la déstratification de la nappe ainsi formée