CFD-04. Simulation de l’évacuation des incendies et des fumées

Dans ce quatrième article sur la Dynamique des Fluides Numérique (CFD), nous allons étudier l’évacuation de la fumée dans un garage lors de l’incendie d’un véhicule. Pour ce cas de simulation d’incendie, nous utiliserons le logiciel Fire Dynamics Simulator ainsi que l’extension BlenderFDS qui nous permet d’utiliser le logiciel Blender pour la préparation des modèles.

Prétraitement avec BlenderFDS

L’étude est basée sur une géométrie créée dans un logiciel de CAO et importée dans Blender. Ensuite, les surfaces doivent être regroupées en fonction de leurs propriétés thermiques et affectées aux mots-clés FDS appropriés selon qu’il s’agit de surfaces solides ou d’ouvertures.

L’image suivante montre la géométrie du garage à titre d’exemple, en dissimulant le plafond de manière à ce que l’on puisse voir l’intérieur.

Vue d'un garage où l'on simule le désenfumage après un incendie.

Les conditions générales de l’analyse, telles que le temps de simulation ou les paramètres de la réaction de combustion, peuvent également être définies dans Blender. Pour cet exemple, nous avons choisi un carburant dont l’efficacité de génération de CO et de fumée est de 10 % et dont le taux de dégagement de chaleur à l’avant de la voiture est de 400 W/m2.

L’étape suivante consiste à créer le maillage. FDS doit mailler des volumes prismatiques avec une base rectangulaire. De plus, si deux maillages partiels partagent une face, l’un des maillages doit avoir une taille d’élément multiple de celle choisie dans l’autre prisme. BlenderFDS permet de visualiser ces maillages pour faciliter l’ajustement lors du pré-traitement.

Définition des résultats à atteindre

Après avoir ajusté les éléments du maillage, les résultats souhaités doivent être définis. Le plus intéressant dans ces simulations est généralement la génération de fumée, qui est exportée par défaut, et les valeurs de température et de concentration des espèces dans l’ensemble des plans considérés comme pertinents. Il est courant de définir des plans parallèles au sol à différentes hauteurs pour voir les concentrations d’air pur à différentes tranches.

Pour obtenir des données quantitatives, FDS permet de définir des capteurs de concentration d’espèces en différents points du domaine, qui peuvent être placés par exemple sur des itinéraires d’évacuation définis pour vérifier que la quantité de fumées dans ces zones ne dépasse pas une certaine limite. Ces capteurs génèrent un fichier CSV avec l’ensemble des résultats mesurés au cours du temps. Ils peuvent être définis dans BlenderFDS ou en externe dans le fichier généré, comme le reste des éléments. De cette manière, des optimisations des systèmes d’extraction des fumées de l’enceinte peuvent être envisagées.

Simulation d’incendie avec SDS

Une fois que vous avez le modèle, vous pouvez exporter depuis Blender le fichier texte avec l’extension “.fds” qui peut être exécuté directement depuis le terminal. Une bonne pratique lors de la création de ces modèles est de les exporter avec un temps de simulation égal à 0s, de les exécuter dans FDS et de vérifier dans le post-processeur qu’aucune erreur n’a été commise dans les différentes étapes. Par exemple, vous pouvez vérifier que la définition de la géométrie dans FDS est correcte ou que la position de départ du feu est celle souhaitée.

La simulation d’incendie par défaut utilise une méthode LES, qui permet de voir en détail les mouvements de l’écoulement généré par l’incendie. Le logiciel permet d’étudier les cartes de température et de concentration de gaz, ce qui en fait un outil très utile pour les études d’écoulement à faible vitesse et d’une composante thermique importante avec mouvement de flottabilité. Il est également très optimisé pour la modélisation de la combustion et la simulation multiphasique correspondante.

Visualisation des résultats avec Smokeview

Lorsque la simulation est terminée, les résultats peuvent être affichés dans le post-processeur Smokeview, qui est disponible en tant que logiciel libre comme FDS. Pour afficher les résultats, la vitesse d’affichage, les échelles de grandeur dans les tranches et d’autres paramètres peuvent être ajustés. A titre d’exemple, quelques images de l’évolution de la fumée dans l’exemple du garage sont montrées.

Résultats de la fumée dans la simulation d'incendie vue de côté
Résultats des fumées dans les simulations d'incendie
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