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Etude expérimentale de l'interaction d'une détonation gazeuse avec un spray d'eau / Experimental Study of the Interaction Between a Gaseous Detonation with a Water Spray

Jarsale, Geoffrey 12 October 2017 (has links)
Ce projet de thèse expérimentale vise à étudier l'interaction d'une détonation se propageant dans une atmosphère gazeuse réactive ensemencée d'un spray d'eau, au sein d'un tube vertical de 4 m de haut ayant une section carré de 52 mm de côté. Le dispositif permet de mesurer les célérités de propagation de la détonation et les niveaux de pression associée, ainsi que d'analyser la structure cellulaire. La caractérisation du spray d'eau par la méthode PDI a permis d'évaluer le diamètre moyen des gouttelettes à 10 μm. Les densités apparentes de spray peuvent atteindre 200 à 250 g/m³.La première étude a consisté à faire varier la dilution Z en argon de 3 à 28, ainsi que la quantité X d'eau injectée (YH2O pouvant atteindre 15%), dans des mélanges de types C2H4-O2-Zar-XH2O(l). Cette étude a permis de faire varier les longueurs caractéristiques de la détonation par rapport à celles du spray. Deux comportements très différents ont été mis en évidence, suivant la taille plus petite (premier comportement) ou plus grande (deuxième comportement) de la longueur d’induction chimique par rapport à celle de l’atomisation secondaire des gouttelettes, dans les conditions de détonation. Ainsi dans le cas idéal où l’épaisseur hydrodynamique – distance moyenne entre le choc et la surface sonique – englobe l’ensemble des interactions diphasiques, la célérité de détonation sera celle de Chapman-Jouguet diphasique, inférieure au cas purement gazeux. De plus dans le cas du premier comportement, la vapeur issue de la phase dispersée ne participera pas l'agrandissement de la structure cellulaire, a contrario du second.Afin de préciser le mécanisme responsable du deuxième comportement, la seconde étude s'est quant à elle attachée à l'analyse de l'influence du spray par rapport à la régularité de la structure cellulaire de la détonation. Deux mélanges sont ainsi considérés, générant une détonation à structure régulière (C2H4-O2-28Ar-XH2O(l)) ou irrégulière (C2H4-O2-11.286N2-XH2O(l)). Cette étude a confirmé que dans cette configuration, la vapeur d’eau issue de la phase dispersée liquide participe alors à l'agrandissement de la structure cellulaire. Elle a également permis de montrer la plus grande résilience des détonations irrégulières par rapport aux détonations régulières vis-à-vis des pertes pariétales. Il a également été constaté que la perte de régularité de la structure cellulaire liée à l'ajout d'eau est associée à l'augmentation de l'énergie d'activation réduite Ea/RTvn et du facteur de stabilité, expliquant par ailleurs l'apparition d'une sous-structure cellulaire, semblable à celle observée dans les détonations initialement irrégulières. La vapeur d’eau ainsi produite par l’évaporation du spray agit alors comme un diluant inerte en aval du choc incident. / The interaction between a gaseous detonation and a water spray was experimentally studied in a 4 m high vertical detonation tube with a 52 mm by 52 mm square section. Detonation pressure signals, average velocity and cellular patterns were recorded.The spray, produced by an ultrasonic generator and injected at the bottom of the tube, was characterized by the Phase Doppler Interferometry (PDI) method. The spray analysis revealed an average droplet diameter of10 μm with Liquid Water Content (LWC) up to 200-250 g/m3. The first study compared the detonation and spray lengths in stoichiometric CzH4-02-Ar-H20(l) mixtures for argon dilution ranging from 3 to 28 and water mass fraction up to Y ttzo 15%. Two distinct behaviors were revealed, driven by the length of the induction zone compared to the secondary breakup length of the spray droplets. It is found that in the ideal case where the hydrodynamic thickness (representing the average length between the shock and the sonic surface) encompass the endothermic multiphase processes, the experimental detonation velocity is equivalent to the Ideal Chapman Jouguet multiphase velocity, which is lower than the ideal detonation velocity in a dry mixture. Moreover, when the induction length is shorter than the secondary breakup length, the water vapor produced by the droplets breakup is not involved in the cellular structure enlargement.The second study highlighted the influence of the water spray on the cellular structure regularity, by using mixtures of CzH.-02-28Ar-H20(l) and C2H.-02-N2-H20(l) with various equivalence ratio. The experiments show that irregular detonations are more resilient compared to regular ones. Moreover the loss of the detonation regularity generated by the water spray addition and the increase in both the reduced activation energy Ea/RTvn and the stability factor are responsible for the sub-structure generation, similar as the one observed in initially irregular detonation. Furthermore, ZND computations indicated that water mainly 5played a thermal role by diluting the reactive gaseous mixture and seemed to have a limited impact on the kinetic nrocesses.
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Etude et optimisation de la Transition Déflagration Détonation (TDD) en tube des mélanges stoechiométriques H2/O2/N2 et (CH4, C2H2, C2H4 et C3H8)/O2/N2 et de sa Transmission à un espace de plus grande dimension

Sorin, Rémy 28 February 2005 (has links) (PDF)
Dans le cadre de la mise au point d'un moteur à détonation pulsée aérobie, nous nous intéressons au système d'initiation répétitive de la détonation. Cette initiation consiste en la création de la détonation à partir d'un allumage basse énergie par Transition Déflagration Détonation (TDD) et à sa transmission à la chambre de combustion de plus grande dimension.<br />Dans une première partie, nous avons cherché à réduire le temps et la longueur de TDD (LTDD et tTDD), dans un tube de faible dimension (d=26mm) par l'introduction d'obstacles répétitifs. Nous avons étudié la TDD de mélanges réactifs à base d'hydrogène ou d'hydrocarbures possédant la même taille de cellule de détonation (λ~10mm). Nous avons montré que le paramètre contrôlant tTDD est la vitesse fondamentale de flamme, et que celui contrôlant LTDD est λ (LTDD/λ~30 ±25% en première approximation). <br />Dans une seconde partie, nous avons cherché à réduire le critère classique dc=13λ de transmission de la détonation depuis un tube (d=26mm) jusque dans la chambre de combustion (Dch=200mm). Nous avons étudié la diffraction d'une onde de détonation autonome et stationnaire au travers soit (i) d'un cône avec un obstacle central (de demi angle au sommet α de 5 à 55°), soit (ii) d'un saut de section fini (D/d=1,5 ou 2), ou soit (iii) de deux réflexions normales successives dans des tubes de diamètres croissants (D puis Dch, D/d=2 – 3 ou 3,85). Pour (i) et (ii), le critère de transmission diminue avec respectivement α et D/d, jusqu'à dc=4,4λ pour D/d=1,5 et dc=2,2λ pour α=5°. Nous montrons qu'avec la géométrie (iii) et le passage des deux réflexions (soit Dch/d=7,69), le critère de transmission devient dc=2,2λ quelque soit D, soit un gain de plus de 80% par rapport à la transmission à l'espace libre.
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Contribution à l'étude de la Transition Déflagration Détonation (TDD) dans des Mélanges Gazeux Binaires H2/C3H8/Air

Cheng, Guanbing 26 January 2012 (has links) (PDF)
Cette étude traite de la détonation et de la Transition Déflagration Détonation, TDD, en conduite dans les mélanges binaires H2/C3H8-Air. L'accent est mis sur les mécanismes d'accélération de flamme en présence d'obstacles. Les grandeurs caractéristiques de détonation autonome (célérité, pression et taille de cellule) et la distance de TDD ont été mesurées pour différentes richesses et proportions d'hydrogène dans le propane. En particulier, les effets de l'obstacle (longueur et nature) et du diamètre du tube sur la TDD ont été examinés. Les résultats montrent que les corrélations classiques Taille de cellule - Longueur d'induction chimique pour la détonation et Taille de cellule - Longueur de transition pour la TDD - bien établies pour les mélanges simples - restent valables pour ces mélanges binaires. L'addition du C3H8 à H2 diminue la détonabilité du combustible binaire. Des visualisations d'accélération de flamme par ombroscopie ont été réalisées à l'aide de caméras ultra-rapides dan le but d'identifier les mécanismes physiques contrôlant ce processus pour différentes configurations d'obstacles. Les enregistrements ont mis en évidence deux phases de propagation. Dans la première, les instabilités intrinsèques de la flamme, l'augmentation de sa surface ainsi que la combustion turbulente retardée - résultant de la zone de recirculation entre deux obstacles successifs - jouent un rôle prédominant. Dans la deuxième, l'accélération est contrôlée par l'interaction du front de flamme et des ondes de choc réfléchies sur les obstacles ou sur les parois du confinement. Il en résulte une forte accélération de la flamme avec établissement d'un régime de blocage thermique qui, dans certaines conditions, mène à l'apparition de la détonation.
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Contribution à l’'étude des performances d’'un accélérateur à effet stato en régime sous-détonatif

Bengherbia, Tarek 03 December 2009 (has links) (PDF)
L’'accélérateur par effet stato en régime sous-détonatif, caractérisés par une vitesse du projectile inférieure à la célérité de la détonation dans le mélange considéré est, à l’'heure actuelle, le mieux connu. La compréhension des phénomènes mis en jeu dans cette technologie est subordonnée à une importante étude expérimentale associée à la mise au point de moyens numériques. C’'est l’'objet du travail présenté dans ce mémoire qui décrit numériquement, à l’'aide d’'un code CFD de combustion turbulente, le processus de combustion qui s’'opère autour du projectile. Les résultats, comparés aux données expérimentales existantes disponibles au Laboratoire de l’'Université de Washington, ont permis de parfaire la fiabilité d’'un code de calcul monodimensionnel en régime sousdétonatif. Les calculs analytiques font intervenir des équations d’'état dont la validité est discutée. La poussée générée par l’'accélérateur est calculée et les valeurs déduites de cette analyse 1D sont en excellent accord avec les expériences. Cette démarche a pour but d’'apporter une contribution en termes de prédiction des performances de poussée d’'un accélérateur à effet stato et de choix du mélange réactif optimal.
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Un éjecteur haute fréquence de matières granulaires / High frquency ejector for granular solids

Jensen, Michael January 2012 (has links)
This study addresses the design challenges of a proposed Micro Pulse Detonation Engine (MPDE), a micropropulsion system devised to meet the needs of smallsats . It focusses in particular on one subsystem of the proposed MPDE, the explosive delivery system, hereafter refered to as an ejector of granular materials. This study has three major goals: (1) evaluate different ways of building ejectors of granular materials in space, (2) propose a design for an ejector of granular materials that could eventually be used to achieve ejection rates of 10 kHz, and (3) evaluate the new designs performance. We thus begin by reviewing devices that have been built or proposed in the past for ejecting granular materials. Finding them lacking for the objectives of the present project, we evaluate several other different ways of achieving granule ejection in the zero gravity environment of space, based on other previous work with granular materials generally. We conclude that the artificial gravity induced within a spinning apparatus provides for many of the design requirements in a way that none of the other options do. We then go on to discuss the novel challenges a rotating ejector of solids faces, and propose a way of overcoming them. We present the design of the simplest concept we could come up with to achieve controlled ejection from the rotating device. Finally, the performance of this system is evaluated experimentally, using glass ballotini as the granular material. We find that we are able to demonstrate an ejection rate of 50 ejections per second with the device rotating at 10 rotations per second, with the possibility of attaining even higher ejection rates at higher rotational velocities. We conclude that this device demonstrates that there is a very great likelihood that future designs based closely on it will be able to achieve the desired 10 kHz ejection rate, which is the highest ejection rate at which the proposed MPDE can operate while remaining in the higher efficiency vacuum mode.
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Développement d'un outil de simulation numérique des écoulements réactifs sur maillage auto-adaptatif et son application à un moteur à détonation continue / Development of a tool for numerical simulation of reactive flows on adaptive mesh and his application on a continuous detonation engine

Eude, Yohann 20 December 2011 (has links)
Dans le but d’améliorer le rendement des propulseurs aérospatiaux, on s’intéresse à l’utilisation de ladétonation dans le cycle moteur. Cette thèse porte sur le développement et l’utilisation d’un codepour la compréhension du fonctionnement d’un moteur à détonation continue (CDWE). Le 1erchapitre place le cadre de l’étude, et positionne le CDWE par rapport à différents concepts demoteurs à détonation. Un état des lieux des simulations numériques concernant le fonctionnementd’un CDWE est établi afin de justifier l’approche numérique à utiliser. Cette approche numérique estdétaillée dans le 2e chapitre. Les équations d’Euler, les modèles thermochimiques, ainsi que lesschémas cinétiques utilisés dans cette étude y sont présentés. Le 3e chapitre décrit les méthodesnumériques implémentées dans le code. Le schéma WENO d’ordre 5 est utilisé pour l’évaluation desflux numériques. L’avancement temporel est assuré par le schéma semi-implicite d’ordre 2 ASIRK2Cou explicite d’ordre 3 RK3. Le 4e chapitre est consacré à la technique de raffinement adaptatif demaillage (AMR) et à la bibliothèque choisie. Le code est testé dans le 5e chapitre sur différents cas etappliqué à la simulation d’une onde de détonation afin de préparer les simulations présentées dans ledernier chapitre. Le 6e chapitre présente les résultats des simulations d’un CDWE. La structure 2Dd’une onde de détonation continue est présentée et comparée avec la structure 3D. L’influence durayon de courbure du canal et l’effet d’une injection par une fente sur la structure de l’écoulementsont étudiés. / In order to improve the performance of aerospace propulsion systems, it is interesting to use detonation in the engine cycle. This thesis focuses on the development and use of a code for understanding the operation of a continuous detonation wave engine (CDWE). The first chapter establishes the framework of the study and compares the CDWE with different concepts of detonation engines. An overview of numerical simulations concerning the operation of a CDWE is made to justify the numerical approach to use. This numerical approach is detailed in the second chapter. The Euler equations, thermochemical models and kinetic mechanisms used in this study are presented. The third chapter describes the numerical methods implemented in the code. The 5th order WENO scheme is used for the evaluation of numerical fluxes. The time-stepping is provided by the 2nd order semi-implicit ASIRK2C scheme or the 3rd order explicit RK3 scheme. The fourth chapter describes the technique of adaptive mesh refinement (AMR) and the selected library. The code is tested in the fifth chapter on different cases and applied to the simulation of a detonation wave in order to prepare the simulations presented in the last chapter. The sixth chapter presents the results of simulations of a CDWE. The 2D structure of a continuous detonation wave is presented and compared with the 3D structure. The influence of the radius of the curvature of the duct and the effect of a slot injection on the structure of the flowfield are discussed.
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Etude de la propagation d’une onde de souffle en milieu non-homogène – étude expérimentale / Study of a shock wave propagation in a non-homogeneous environment - experimental study

Maillot, Yohann 20 December 2018 (has links)
Ces travaux de thèse présentés dans ce mémoire concernent l’évolution d’onde de souffle en milieu non-idéalisé. L’évolution d’une onde de souffle en champ libre peut être décrite par divers résultats empiriques disponibles dans la littérature ou par des formulations théoriques. Pourtant, dès qu’il est question d’approuver les résultats d’un code de simulation décrivant l’évolution une onde de souffle dans un milieu complexe, les connaissances sur le développement des ondes en milieu idéalisé ne suffisent plus. Dès lors, il faut acquérir de nouvelles données expérimentales afin de valider les différents outils de simulation du CEA. Les résultats de ce mémoire s’inscrivent dans ce projet. Des essais à petite échelle ont été dimensionnés afin de correspondre à un scénario avec une nature d’explosif différente de celle employée au laboratoire. La charge utilisée est gazeuse et est constituée de propane-oxygène en proportion stœchiométrique. Pour mesurer les différentes caractéristiques des ondes de souffle et d’acquérir de nouveaux résultats, deux systèmes de mesure ont été utilisées. Des capteurs de pression ont été installés au sol, couplés à un système de visualisation avec une caméra rapide dont le montage se rapproche de l’ombroscopie. Plusieurs configurations ont permis d’avoir une base solide sur les grandeurs définissant les ondes incidentes et réfléchies en champ libre. L’étude porte essentiellement sur la réflexion de Mach. Par la suite des obstacles isolés ont été installés sur le parcours d’une onde incidente ou de Mach afin de représenter des effets de surface. Les résultats ont montré une modification des caractéristiques et de la morphologie des ondes à l’aval des obstacles. / The study presented in this thesis concerns the evolution of a shock wave in a non-idealized environnment. The evolution of a free-field shock wave can be described by various empirical results found in the literature or by theoretical formulations. However, as soon as it is a question of approving the results of a simulation code describing the evolution of a shock wave in a complex environnment, knowledge about the development of waves in a free-field is no longer sufficient. Therefore, new experimental data must be acquired to validate the different simulation tools in-house. The results of this thesis are part of this project. Small-scale tests have been sized to fit a scenario with an explosive nature different from that used in the laboratory. The source used is gaseous and made of propane oxygen at a stoichiometric proportion. To measure the different characteristics of a shock wave and to acquire new results, two measurement systems were used. Pressure sensors have been installed on the ground, coupled with a visualization system with a high speed camera whose is close to shadowscopy. Several configurations allowed to have solid basis on the characteristics defining the incident and reflected shock waves in free field. The study focuses on Mach's reflection moreover on Mach stem. Subsequently isolated obstacles were installed on the path of an incident wave or Mach’s reflection to represent surface effects. The results showed a change in the characteristics and morphology of the waves downstream of the obstacles.
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Venting Optimization of a Pulse Detonation Engine

Guzik, Stephen Michael Jan 11 April 2018 (has links)
Un programme de la méthode des caractéristiques (MOC) à une dimension a été construit pour évaluer le rejet des produits gazeux d’un moteur pulsé par des ondes de détonation. Une comparaison avec des résultats expérimentaux et des simulations numériques à deux dimensions a démontré que les simulations à une dimension sont assez précises. Un algorithme semi-empirique été créé pour modéliser l’accélération d’une flamme de déflagration et ensuite comparé à des resultats expérimentaux. Malgré des résultats prometteurs, ils n’étaient pas suffisamment précis pour permettre la modélisation d’une déflagration à une détonation. Des configurations différentes ont été évaluées avec le code MOC afin de comprendre quels paramètres optimisaient le rejet de gaz. Les paramètres modifiés ont été l’emplacement de l’initiation de la détonation, la vitesse de remplissage, et les remplissages partiels. Chaque configuration a aussi été simulée avec une tuyère à géométrie fixe optimisée et une tuyère à géométrie variable. Les résultats ont démontré que l’impulsion d’un moteur avec une tuyère à géométrie variable augmente d’au plus 15 % en comparaison à un moteur sans tuyère. L’augmentation de l’impulsion d’un moteur avec une tuyère fixe est la moitié de celle d’une tuyère variable avec une diminution correspondante de la poussée moyenne. Pour les conditions initiales du mélange au repos, la différence de l’impulsion pour la détonation directe à la tête et celle de la détonation à la sortie est négligeable. Le temps pour évacuer la chambre était toujours plus court pour des détonations directes à la sortie. Si la vitesse de remplissage augmente, ça devient très avantageux d’amorcer la détonation à la sortie. Ces avantages sont une diminution minimale de l’impulsion spécifique, une augmentation plus grande de la poussée moyenne, un temps de cyclage plus long, et une meilleure performance avec une tuyère fixe. Des simulations avec un remplissage partiel ont démontré qu’ils ne remplacent pas une tuyère pour récuperer les pertes. Pour des tuyères fixes, la longueur de remplissage partielle peut être plus que la moitié de la longueur totale avant que la poussée moyenne commence à diminuer significativement. / A one-dimensional method-of-characteristics (MOC) code was developed to examine the venting of pulse detonation engines. Comparison with experimental results and twodimensional computational fluid dynamics demonstrates that a reasonably accurate level of simulation can be achieved with a single spatial dimension. A semi-empirical, deflagrative, flame-acceleration model was also constructed and compared to experimental results. While the results were promising, they were not sufficiently accurate to allow for modelling of deflagration-to-detonation transition. Several configurations were then examined with the MOC code to determine which parameters optimized the venting of the exhaust gases. The parameters varied were the location of detonation initiation, the filling velocity, and the distribution of reactants (partial fills). Each configuration was also simulated with a practical, fixed-geometry nozzle that was optimized, and a theoretical, variable-geometry nozzle. The results indicate that a variable nozzle increases the impulse by less than 15 % over a configuration with no nozzle. The impulse gain from a fixed nozzle is about half that of a variable nozzle, with a corresponding decrease in average thrust. For quiescent initial conditions, the differences in impulse between detonations initiated at the closed head and the open tail are negligible, although tail-initiated detonations consistently provided faster blow-down times. With increased filling velocity, tail initiated detonations provide several benefits. These include a smaller decrease in specific impulse, a larger increase in average thrust, a longer cycle time, and better performance with a fixed nozzle. Simulations with partial fills showed that they do not replace nozzles in recovering losses. For fixed nozzles, the partial-fill length can be as much as half the total length of the tube before the average thrust begins to decrease significantly.
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Etude de la transition choc-détonation du nitrométhane par spectrométrie d'émission

Bouyer, Viviane 13 September 2002 (has links) (PDF)
Ce travail de thèse porte sur l'étude des mécanismes d'amorçage par choc du nitrométhane (NM), explosif liquide, transparent dans le domaine visible et dans le proche infrarouge. Afin de réaliser l'analyse spectrale des produits de réaction du NM en vue de déterminer les profils de température, un banc de spectrométrie d'émission a été mis au point dans le domaine UV-Visible 0,3-0,85 µm. Des essais d'impacts plans à 8,6GPa ont été réalisés. L'étude temporelle et spectrale de la luminance émise durant la TCD montre que les milieux en présence présentent différentes caractéristiques optiques. Le NM sous choc est transparent alors que la température de luminance mesurée est de 2500K, du fait de la présence de réactions chimiques localisées. Les espèces chimiques produites lors de la formation de l'onde de superdétonation constituent un milieu semi-transparent, milieu optiquement mince aux courtes longueurs d'onde, inférieures à 0,6 µm et optiquement épais pour les longueurs d'onde comprises entre 0,6 et 0,85 µm. En détonation quasi-stationnaire, l'étude spectrale dans le domaine visible montre que les produits de détonation n'ont pas le comportement d'un corps noir, mais celui d'un milieu semi-transparent et optiquement épais. Un modèle d'absorption est proposé sur la base d'un milieu constitué de vapeur d'eau et de particules de carbone qui suivent le régime de diffusion Rayleigh. A partir des mesures de luminance, l'inversion mathématique de l'équation de transfert radiatif d'un milieu semi-transparent homogène et non diffusant permet de retrouver les profils de température dans l'épaisseur d'explosif. Elle est validée sur des cas synthétiques de détonation.
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Numerical investigation of gas explosion phenomena in confined and obstructed channels / Etudes des phénomènes d'accélération de flammes, transition à la détonation et d'inhibition de flammes

Dounia, Omar 23 April 2018 (has links)
Les incidents d'explosions intervenant sur les sites industriels sont souvent accompagnés de dégâts matériels et humains importants. Les dégâts varient d’une explosion à une autre, suggérant l’existence de mécanismes capables d’aggraver le scénario d’explosion. Réduire les risques d'explosion nécessite une compréhension fine des différents mécanismes mis en jeu. Avec l’augmentation considérable de la puissance de calcul, la simulation numérique est devenu une approche incontournable pour l’étude et la compréhension de ces scénarios. Cette thèse se focalise sur les explosions de gaz initiées par un noyau de flamme subsonique. Lorsque la flamme se propage dans un environnement offrant un haut niveau de confinement et d’obstruction, ce qui est souvent le cas des sites industriels, une forte accélération de la flamme est généralement observée, accompagnée d’une augmentation de la pression. Dans certains cas, l’accélération de la flamme peut conduire à l’initiation d’une onde de détonation. Ce scénario coïncide avec une augmentation brutale de la surpression et donc une aggravation des dégâts observés. Pour reproduire des conditions de confinement et d’obstruction représentatives des sites industriels, l’université de Munich TUM a équipé une chambre confinée de 5.4m de long d’une série d’obstacles et analysé l’impact de ces obstructions sur la propagation de déflagrations hydrogène/air. Cette étude expérimentale a montré une forte influence de la richesse du mélange sur l’accélération de la flamme. Une transition à la détonation est notamment observée pour une certaine gamme de richesse. Cette configuration est donc idéale pour étudier les mécanismes d’accélération de flamme ainsi que les conditions qui peuvent mener à l’initiation de détonations. Une étude numérique des deux scénarios a été menée mêlant simulations directes (DNS) et simulations aux grandes échelles (LES):-Pour un mélange d’hydrogène/air pauvre, une forte accélération de la flamme est observée expérimentalement sans transition à la détonation. Les grandeurs caractéristiques de l’explosion ont été reproduites avec des simulations aux grandes échelles (LES). Plusieurs mécanismes d’accélération de flamme ont été identifiés et attribués au haut niveau de confinement et de congestion dans la chambre. Le couplage de ces mécanismes explique les grandes vitesses de propagation observées. -Pour un mélange stoechiométrique, une transition à la détonation est observée. Cette thèse s’est focalisée sur les instants précédant l’initiation de la détonation afin de caractériser les conditions nécessaires pouvant mener à cet événement soudain, en se basant sur une approche de simulation directe (DNS). Une attention particulière a été portée à l’influence du schéma cinétique sur ce scénario. Comme constaté dans bon nombre d’incidents industriels, les mesures préventives peuvent échouer. Le cas échéant, des procédures visant à contrôler l’impact des explosions doivent être utilisées pour éviter une catastrophe de grande ampleur. L’utilisation d’inhibiteurs chimiques est une technique qui a déjà fait ses preuves contre les feus. Elle consiste à injecter des poudres capables de réagir chimiquement avec la flamme et de réduire son taux de dégagement de chaleur. L’étude de l’interaction de ces particules solides avec la flamme correspond au deuxième volet de cette thèse. Un modèle simplifié de décomposition de ces particules solides (HetMIS) a été développé dans un contexte LES. Deux aspects ont été explorés : 1) l’interaction unidimensionnel flamme/particule a permis d’établir un critère, basé sur la taille des particules, caractérisant l’efficacité des poudres dans le processus d’inhibition; 2) l’effet de la distribution spatial des particules sur la propagation de la flamme est analysé dans le but d’apporter une explication à certains résultats expérimentaux révélant un effet opposé des inhibiteurs dans certaines conditions. / Mining, process and energy industries suffer from billions of dollars of worldwide losses every year due to Vapour Cloud Explosions (VCE). Moreover, explosion accidents are often tragic and lead to a high number of severe injuries and fatalities. The VCE scenario is complex and controlled by various mechanisms. The interplay among them is still not entirely understood. Understanding all these intricate processes is of vital importance and requires detailed experimental diagnostics. Coupling accurate numerical simulations to well documented experiments can allow an elaborate description of these phenomena. This thesis focuses on explosions occurring on configurations that are either semi-confined or confined. In such configurations, the explosion is generally initiated by a mild ignition and a subsonic flame front emerges from the ignition source. An important feature of self-propagating flames lies in their intrinsically unstable nature. When they propagate in an environment with high levels of confinement and congestion, which is the case in most industrial sites, a Flame Acceleration (FA) process is often observed that can give rise to very fast flames, known for their destructive potential. In some cases, the FA process can create the appropriate conditions for the initiation of detonations, which corresponds to a rapid escalation of the explosion hazard. To reproduce the confinement and congestion conditions that one can find in industrial sites, the university of Munich TUM equipped a confined chamber with a series of obstacles and analysed the influence of repeated obstructions on the propagation of hydrogen/air deflagrations. This experimental study showed a strong influence of the mixture composition on the acceleration process. A Deflagration to Detonation Transition (DDT) has also been observed for a certain range of equivalence ratio. This configuration is therefore ideal to study the mechanisms of flame acceleration as well as the intricate DDT process. A numerical study of both scenarios is performed in this thesis: -First for a lean premixed hydrogen/air mixture, a strong flame acceleration is observed experimentally without DDT. The characteristic features of the explosion are well reproduced numerically using a Large Eddy Simulation (LES) approach. The crucial importance of confinement and repeated flame-obstacle interactions in producing very fast deflagrations is highlighted. -DDT is observed experimentally for a stoichiometric hydrogen/air mixture. This thesis focuses on the instants surrounding the DDT event, using Direct Numerical Simulations (DNS). Particular attention is drawn to the impact of the chemistry modelling on the detonation scenario. The failure of preventive measures is often observed in many explosion accidents. To avoid a rapid escalation of the explosion scenario, mitigative procedures must be triggered when a gas leak or an ignition is detected. Metal salts (like potassium bicarbonate and sodium bicarbonate) have received considerable attention recently because well-controlled experiments showed their high efficiency in inhibiting fires. The last part of the thesis focused on the mechanism of flame inhibition by sodium bicarbonate particles. First, criteria based on the particle sizes are established to characterize the inhibition efficiency of the particles. Second, two dimensional numerical simulations of a planar flame propagating in a stratified layer of very fine sodium bicarbonate particles showed that under certain conditions these powders can act as combustion enhancers. These results echo a number of experimental observations on the possible counter-effects of the inhibitors.

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