Etude expérimentale et numérique des rideaux d'eau pour la protection contre le rayonnement thermique, Experimental and numerical study of water curtains used as radiative shields

Sullivan Lechêne

Description

Sous la direction de Pascal Boulet, Gilles Parent
Thèse soutenue le 13 juillet 2010: Nancy 1
Les rideaux d'eau sont des milieux semi-transparents constitués de gouttelettes d'eau dispersées dans l'air. Le but de ces rideaux ici n’est pas d’interagir avec la flamme dans une optique d’extinction mais plutôt d’agir en tant que boucliers radiatifs contre une forte source de chaleur. En effet, placés entre une source radiative et une cible à protéger, ils permettent de limiter la propagation du rayonnement grâce notamment au caractère absorbant et diffusant des gouttelettes d’eau. L’intérêt du brouillard d’eau réside dans la présence de fines gouttelettes d'eau. Elles possèdent, à quantité d'eau égale, une capacité d'atténuation du rayonnement largement supérieure à celle des techniques de « sprinklage », utilisant une quantité d’eau abondante constituée de gouttes de gros diamètres. Nous avons travaillé expérimentalement (réalisation d'un pilote) et numériquement (code BERGAMOTE) sur le rôle des conditions d'injection : pulvérisation descendante, ascendante, impactante, jets mutualisés en rampe (avec des systèmes comprenant une seule rampe ou deux rampes associées), etc... pour quantifier et comprendre les phénomènes mis en jeu. On retiendra en particulier le fort couplage entre la dynamique des brouillards ou rideaux d'eau et leur propriété d'écran thermique. Il résulte également de ces travaux qu’une modification de la direction d’injection, tout en conservant la même quantité d’eau injectée, engendre de fortes variations sur la capacité d’atténuation du rideau, s’expliquant par la dynamique des sprays injectés. La taille et la concentration en gouttelettes d’eau (liée au temps de séjour des gouttes dans le domaine) apparaissent alors comme des paramètres cruciaux dans l’optique d’une optimisation de ces systèmes de protection
-Brouillard
-Rideau d'eau
-Rayonnement
-Infrarouge
-Transferts couplés
Water sprays, water curtains, or mists, are semi-transparent media made of droplets dispersed in air. Here, water sprays are not used for the extinction of the flame but for radiative shielding against infrared radiation coming from a hot surface. Indeed, placed between a radiative source and a target to be protected, they are able to limit the radiation propagation, due in particular to the ability of droplets to absorb and to scatter infrared radiation.The advantage of mists consists in the presence of fine water droplets. In fact, with the same water volume, they have a widely superior capacity of attenuation radiation compared to “sprinkler” systems which use much water involved as large droplets. A study has been carried out both experimentally (design of an experimental setup) and numerically (BERGAMOTE code) in order to better understand the role of injection conditions. Therefore downward pulverization, upward pulverization, “impinging” spray, several nozzles in a ramp (with systems including one ramp or two ramps), etc… were investigated in order to quantify and assess the implicated phenomena. In particular, a strong coupling appears between the dynamics of sprays and their property of thermal shield. It was also observed from these works that a modification of injection direction, while conserving the same quantity of injected water, results in a strong variation on the attenuation capacity of water curtain, explained by the dynamics of injected sprays. It is worth noting that diameter and concentration of water droplets (related to the residence time of droplets in the domain) are crucial parameters when optimizing these protection systems
-Mist
-Water curtains
-Radiation
-Infrared
-Coupled transfer
Source: http://www.theses.fr/2010NAN10055/document

Sujets

• Rayonnement
• Infrarouge
• Mist (artiste graffiti)

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 107
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 12 Mo

Extrait

Î
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LIENS
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http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm Facult´e des Sciences et Technologies - UFR Sciences et Techniques de la Mati`ere et des Proc´ed´es
´ ´Ecole Doctorale EMMA (Energ´etique, M´ecanique, MAt´eriaux) - ED 409
´D´epartement de Formation Doctorale : M´ecanique Energ´etique
`THESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le mardi 13 juillet 2010
pr´esent´ee pour l’obtention du
Doctorat de l’Universit´e Henri Poincar´e – Nancy Universit´e
´en M´ecanique et Energ´etique
par
Sullivan LECHENE
Etude exp´erimentale et num´erique des rideaux d’eau pour la
protection contre le rayonnement thermique
Composition du jury
Pr´esident : D. Lemonnier Directeur de recherche CNRS, Institut P’ - Futuroscope Chasseneuil
Rapporteurs : J.L. Consalvi Maˆıtre de conf´erences, Universit´e de Provence - Marseille
A. Coppalle Professeur, INSA - Rouen
Examinateur : S. Desangh`ere Docteur - Ing´enieur, CSTB - Marne-La-Vall´ee
Directeurs de th`ese : P. Boulet Professeur, LEMTA UHP-Nancy
G. Parent Maˆıtre de conf´erences, LEMTA UHP-Nancy
Invit´e : J.P. Vantelon Directeur de recherche CNRS
´Laboratoire d’Energ´etique et de M´ecanique Th´eorique et Appliqu´ee – UMR 7563
´Equipe TransfertRadiatif - Facult´e des Sciences et Technologies - BP 70239- 54506 Vandœuvre-l`es-NancyBonne lecture.Remerciements
Le moment est maintenant venu de remercier toutes les personnes qui m’ont soutenu durant
ces quelques années et qui ont participé de près ou de loin à l’écriture de ce manuscrit.
Tout d’abord, je tiens évidemment à remercier mes directeurs de thèse, Pascal Boulet et
Gilles Parent, pour m’avoir fait confiance durant ces trois années. Par votre moral toujours au
beau fixe et votre bonne humeur, vous avez toujours été source de motivation, participant gran-
dement à rendre ces trois années agréables même pendant les jours plus difficiles (la longue
et dure période de rédaction, quel souvenir!). J’ai énormément appris auprès de vous grâce à
vos précieux conseils tant sur le planscientifique quesurle plan humain. Encore ungrand merci!
Un grand merci également à tous les membres de mon jury pour leur disponibilité et leurs
conseils sur l’ensemble de mes travaux. Je tiens à remercier Messieurs Jean-Louis Consalvi et
AlexisCoppalle d’avoiraccepté d’êtrerapporteursdemathèse.Mercid’avoirprisletempsd’ana-
lysermon manuscrit et d’avoir fourni des conseils avisés et précieux sur mes travaux. Je remercie
aussi Messieurs Sylvain Desanghère et Jean-Pierre Vantelon d’avoir accepté d’être membres de
mon jury et d’avoir apporté leur expérience dans le domaine. Enfin, un grand merci à Monsieur
Denis Lemonnier d’avoir présidé mon jury de thèse et d’avoir apporté un regard critique sur mes
travaux.
Jetiens àprésent àremercier très chaleureusement les personnes del’équipetransfertradiatif
du laboratoire LEMTA. Commençons par les permanents (et oui, désolé amis doctorants mais
hiérarchie oblige, vous passez en dernier!). Un grand merci à Gérard Jeandel, David Lacroix,
Sébastien Fumeron et Fatmir Asllanaj pour les divers conseils dispensés au cours de ces quelques
années. Merci de vous être rendus disponibles quand le besoin s’en faisait ressentir, que ce soit
pour aider "scientifiquement parlant" ou pour débattre sur des sujets vastes et variés. Un grand
merci également à mon prédécesseur, Anthony Collin, qui m’a passéle flambeau dans le domaine
des rideaux d’eau. Tu m’as mis le pied àl’étrier durant les débuts de lathèse et tum’as fourni de
nombreuxconseilsaviséssurlesujetdurantcesannées.MerciégalementàLaëtitiaSoudred’avoir
partagé la caméra infrarouge (pour les personnes intéressées, sa fonction est expliquée plus loin)
et de s’être déplacée pour m’écouter pendant ma soutenance. Je remercie tout particulièrement
Bernard Monod. Un grand merci pour m’avoir apporté toute ton aide et toute ton expérience
dans le domaine expérimental, pour ta bonne humeur et ton humour toujours présents. Tu t’es
toujours rendu disponible et tu as fortement contribué à l’élaboration du banc expérimental. Tu
as fait partagé (à mon acolyte de manips et moi-même) des moments savoureux et inoubliables.
Je remercie évidemment Franck Demeurie, qui a su apporter son aide et sa bonne humeur et je
n’oublie évidemment pas ses nombreux coups de klaxons (trois d’après mes souvenirs) en remon-
tant au laboratoire.
iRemerciements
Maintenant, c’est à vous les doctorants! Commençons par les collègues qui entament leur
dernière année de thèse : Julien, Issiaka, Lionel, Jérôme et Elizabeth. Vous avez tous mis de la
bonnehumeurauseindubureauoùlesjoutesoratoiressontomniprésentes.J’aipassétroisannées
ponctuées de fous rire, de moments d’entraide mais aussi d’instants d’énervement total (aïe la
pauvre souris). Julien, malgré tes airs hautains (lui seul pourra comprendre) et une tendance à
trop fumer à mon goût, tu as toujours eu un dévouement sans faille pour faire le café (d’ailleurs,
ça ne va pas se faire tout seul!). Issiaka, bien que tu sois accroc au Barça (mauvais souvenir pour
les matchs Lyon-Barcelone) et derrière tes grandes théories sur le pourquoi du comment nous
sommes là et pas ailleurs, tu as toujours su nous recevoir pour des tournois de PES endiablés.
Lionel (un vrai réunionnais et surtout pas un zoreil ou zoreol, quoique), amoureux de la forêt
et de la moto et d’une danse inqualifiable (que seul un certain JC connaît), merci de nous avoir
toujours gratifié de mangues et fruits de la passion venus tout droit de la Réunion. En ce qui
concerne Jérôme, vu qu’il est grand, costaud et maître en taekwondo, je ne peux évidemment
en dire que du bien! Même si tu as migré à la "cryogénie" après ton stage, tu as toujours su
répondre présent aux différents services demandés. Un grand merci à ces compères de bureau
pour m’avoir toujours apporté leur aide quand j’en avais besoin et pour m’avoir fait vivre ces
moments inoubliables! Je remercie également Elizabeth pour son aide et les nombreux échanges
constructifs que nous avons eu sur le thème des rideaux d’eau. Et maintenant, à eux de rédiger
cette fameuse thèse. Bon courage!
Merci également aux petits nouveaux, jeunes et insouciants, qui entament seulement leur
deuxième année de thèse : Jonathan et Simon. Ils ont également grandement participé à la
bonne humeur qui régnait au sein du laboratoire. Jonathan, même derrière maints et maints
jeux de mots et ses "pourrissages" d’ordinateur, tu as su passer du statut d’étudiant durant
mes cours à celui de doctorant. Je n’étais donc pas un si mauvais prof! Bien qu’il ait changé
soudainement de bureau, je remercie tout de même Simon de partager la majorité de son temps
de pause avec nous (et accessoirement prendre de notre café... enfin, c’est de bon cœur).
Je remercie aussi tous les stagiaires venus passer quelques mois au sein de l’équipe de re-
cherche : Amine, Guillaume, Imad, Siham, Stéphane et Zahire.
Enfin, au sein de l’équipe, il reste une dernière personne à remercier tout particulièrement :
le Maître de Conférences Zoubir Acem. Je ne pouvais pas ne pas te consacrer un paragraphe
spécial. Je ne saurais que trop te remercier pour toute l’aide que tu m’as apporté durant ces
trois années de thèse. Arrivé en même temps que moi au sein de l’équipe, tu es la personne que
j’ai eu en face de moi pendant trois ans! En y réfléchissant, heureusement qu’on s’est entendu!
Il y a énormément de choses à dire dont certaines qu’il vaut mieux taire (tu sais certainement
de quoi je parle). Toutefois, je vais te rappeler certaines anecdotes qui me reviennent. Tu par-<