The present thesis is conducted in the frame of a research project involving the ‘von Karman Institute (VKI Belgium)’ and the ‘Ecole des mines d’Alès (EMA France) with the support of the CEA Gramat. This project is about theoretical study, experimental characterization and modeling of hazards from pressurized or atmospheric reservoirs, containing liquids, flammable or not. <p><p>The objective of this thesis is to study the apparition criteria and the consequences of an accident involving a container of pressure liquefied gas (BLEVE phenomenon) or liquid fuels (Boilover phenomenon). After a bibliographic research on the two phenomena, an experimental study in laboratory scale is conducted and from the results, the phenomena and their hazards are modeled. Small scale experiments are performed in the BABELs facility (Bleve And Boilover ExperimentaL setup) that consists of a cylindrical chamber of 2m diameter and 3m high, with round shape flanges, made out of steel with a rated pressure of 0.5 MPa. It has 3 series of 7 optical accesses, an entrance door, and an optional air venting system. <p><p>A Boilover is a violent ejection of fuel due to the vaporization of a water sublayer, resulting in an enormous fire enlargement and formation of fireball and ground fire. Small scale experiments with cylindrical reservoirs of 0.08 to 0.3m diameter in glass or metal, filled with a mixture of diesel and oil have been performed. Instrumentation of the measurements consists of thermocouples rake, Medtherm radiometers, load cell and CCD or high-speed camera with a fisheye. During the quasi-steady combustion prior the Boilover, the typical variables describing a pool fire like burning rate, flame size, puffing frequency and radiation can be predicted with semi-empirical correlations available in the literature. At Boilover onset, high speed visualizations in glass reservoir show that the growth of one big bubble leads to a boiling front that propagates radially all along the fuel-water interface, ejecting the upper fuel layer and leading to the increase of flame size. LS-PIV technique applied to high-speed camera images shows that the flame enlargement is directly linked to the velocity of the flame.<p><p>A BLEVE (or Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) is an explosion resulting from the catastrophic failure of a vessel containing a liquid at a temperature significantly above its boiling point at normal atmospheric pressure. Small scale experiments are performed with cylinders of 42g of propane, laid horizontally and heated from below by an electrical resistor. A groove of the reservoirs on the upper part allows better reproducibility of the rupture. High speed visualization and shadowgraphy are helping in visualizing the rupture and the content release. Thermocouples and PCB are also used to measure respectively the temperature and the blast wave overpressure. These experiments show that the fluid behavior during rupture differs with the size of the weakened part and therefore with the rupture pressure. The internal pressure measurement showed that the rupture pressure and temperature are supercritical, leading to the definition of a new type of BLEVE since there is no distinction between liquid and vapor phases prior rupture.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’émergence de bruits auparavant inaudibles dans les réservoirs à carburants automobiles requiert des constructeurs une meilleure compréhension des phénomènes physiques intervenants au sein de leurs produits. Dans cette thèse, différents travaux ont été conduits autour de l’étude du ballottement de fluide dans une cuve rigide rectangulaire partiellement remplie de fluide et soumise à une excitation extérieure. La première partie présente un état de l’art sur le sloshing suivant trois approches complémentaires - approche analytique, approche numérique et approche expérimentale - permettant d’orienter les travaux. Dans une deuxième partie, une étude préliminaire sur le sloshing dans une cuve rectangulaire soumise à une excitation harmonique forcée est réalisée. La confrontation des résultats numériques entre une approche linéaire - basée sur la théorie d’écoulement potentiel tenant compte de la viscosité du fluide [Schotté et Ohayon, 2013] - et une approche non linéaire commerciale – basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes - permet de définir un paramètre de linéarité. Ce dernier permet de déterminer les cas de sloshing qui nécessitent une résolution non linéaire et ceux pour lesquels la théorie linéaire suffit pour prédire le phénomène. La troisième partie de ce document présente une étude expérimentale du ballottement de fluide dans une cuve rectangulaire rigide soumise à un freinage automobile. Deux niveaux de remplissage créant deux types d’impacts contre les parois (avec et sans enfermement de poche d’air) ont été analysés. Les essais menés ont permis de mesurer les forces engendrées par le mouvement du fluide, les pressions d’impact en paroi ainsi que le champ de vitesse par méthode Particle Image Velocimetry (PIV). Ce chapitre constitue une importante base de données expérimentales ayant permis d’étudier précisément le phénomène physique. L’étude est complétée par une confrontation des résultats expérimentaux avec des résultats Computational Fluid Dynamics (CFD). Enfin, pour conclure ce mémoire, une étude du sloshing dans un réservoir en tenant compte de la Fluid-Structure Interaction (FSI) est présentée. Le choix du couplage a été porté sur un schéma partitionné itératif faible avec, dans un premier temps, une approche potentielle instationnaire, puis avec une approche Volume Of Fluid (VOF) pour la physique fluide. Les limites d’un tel couplage dans le cas d’étude d’un réservoir partiellement rempli de fluide et attaché de manière flexible en fonction du rapport de masse fluide-réservoir ont été mises en évidence. La correction du schéma de couplage par l’effet de masse ajoutée présentée dans [Song et al., 2013] permet la résolution d’un système couplé quel que soit le rapport de masse en jeu et améliore de manière significative la convergence en réduisant également fortement le temps de calcul. / The present thesis focuses on an investigation of the sloshing phenomenon in a partially filled fuel tank submitted to a harmonic excitation motion. In the first part, the confrontation of numerical results between a linear approach - taking into account viscosity - and a nonlinear approach based on a commercial code leads to define a parameter of linearity. This parameter allows determining cases of sloshing who require non-linear resolution and those who need a linear theory to predict the phenomenon. An experimental study of fluid sloshing in a rectangular tank submitted to an automotive braking is conducted. Tests leaded allow measuring global forces engendered by the motion of the fluid, pressure of fluid impact and velocity field by PIV. This chapter provides an important data base and helps to investigate on the physical phenomenon. This study is completed by CFD results. To conclude, a numerical model for fluid-structure interactions is presented. Limits of this segregated partitioned coupling in case of sloshing in tank flexibly attached are highlighted, depending mostly on the mass ratio between fluid and tank structure. An added-mass term is integrated to the corrected staggered scheme ensuring systematically the convergence of the coupled solution and reducing significantly the iterations required.