Essais avec foyers heptane non couverts

La première configuration d’essais avec foyer heptane ne comporte qu’un feu de nappe, sans couverture du foyer. L’ensemble de ces essais est récapitulé dans le tableau V.2.

Vitesse Essai Combustible Puissance

d’écoulement Couverture [kW] [m.s⁻¹]

ETun 09 Heptane 1500 1,40 sans

ETun 10 Heptane 1500 1,45 sans

ETun 11 Heptane 1500 2,30 sans

ETun 12 Heptane 1500 2,40 sans

Tab. V.2 – Récapitulatif des essais avec brouillard d’eau - Foyers heptane non couverts

V.2.1.1 Puissance du foyer

Lors du premier essai réalisé avec aspersion (essai ETun11), les buses ont été disposées tous les mètres. Elles étaient alors au nombre de 20. Lors de ce premier essai, une des buses se trouvait située directement au-dessus du bac d’heptane. Peu après le déclenchement de l’aspersion, le foyer a été éteint (figure V.7). Après l’arrêt du système de brouillard d’eau, le foyer a été ré-allumé pour consommer l’heptane restant dans le bac, par mesure de sécurité.

Par la suite, il a été décidé d’écarter les buses et de les disposer afin qu’aucune d’entre elles ne soit directement placée à l’aplomb du foyer. Cette nouvelle configuration a été retenue afin d’éviter ce risque d’extinction trop rapide. Les résultats de l’essai ETun11 ne sont donc pas analysés dans la suite de ce travail.

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Fig. V.7 – Essai ETun11 - Evolution temporelle de la puissance du foyer par mesure de perte de masse - Extinction par l’aspersion à t=371 s, ré-allumage du foyer à t=580 s, extinction par manque de combustible à t=1006 s

Concernant les trois autres essais conduits avec un foyer heptane non couvert (ETun09, ETun10 et ETun12), on peut remarquer que, dès le déclenchement de l’aspersion (à t=300s), il y a une chute brutale de la puissance du foyer (figure V.8 pour l’essai ETun09, avec une vitesse de ventilation inférieure à la vitesse critique et figure V.9 pour l’essai ETun12, avec une vitesse de ventilation supérieure à la vitesse critique). Concernant l’essai ETun09 (figure V.8), on relève une vitesse de combustion négative. La même constatation peut être faite pour l’essai ETun10, non représenté, car en tout point similaire à l’essai ETun09. Ce résultat est inexploitable en l’état pour commenter la modification de la puis-sance du foyer. L’explication de cette augmentation de la masse du foyer est qu’une partie du brouillard d’eau non vaporisée se dépose dans le bac de combustible. Ce phénomène se produit aussi lors de l’essai ETun12, mais de façon moins prononcée (la masse du foyer n’augmente pas), mais le signal est tout de même très perturbé et malaisé à exploiter.

Lorsque la vitesse de ventilation est faible, les gouttelettes (injectées verticalement) sont peu perturbées par l’écoulement et ont une trajectoire au niveau de la zone de flamme présentant un faible angle par rapport à la normale. Lorsque la vitesse de ventilation est supérieure à la vitesse critique, le cône d’aspersion est plus cisaillé par l’écoulement. Afin de pouvoir analyser de façon pertinente l’impact du brouillard d’eau sur la puissance du foyer, il convient de corriger les résultats de la masse d’eau parasite se déposant dans le bac au cours de l’essai.

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Fig. V.8 – Essai ETun09 - Evolution temporelle de la puissance du foyer par mesure de perte de masse

Fig. V.9 – Essai ETun12 - Evolution temporelle de la puissance du foyer par mesure de perte de masse

Pour ce faire, on peut procéder de plusieurs manières. On peut tout d’abord déterminer une valeur moyenne de la vitesse de perte de masse lors de la phase d’aspersion (et donc de la puissance). Il est alors nécessaire de connaître la durée de la phase d’aspersion∆t_asp, et la masse d’heptane encore présente dans le bac au déclenchement du brouillard d’eau m_C7H16,asp,0. Cette masse est directement obtenue à partir de la mesure. On peut ainsi

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évaluer une vitesse de perte de masse moyenne de l’heptane pendant la phase humide de l’essai, et en déduire une puissance moyenne Pmoy selon la relation V.1.

P_moy=∆H_c⋅ (m_C7H16,asp,0

∆t_asp ) (V.1)

On détermine de cette manière les valeurs présentées tableau V.3 pour les essais ETun09, ETun10 et ETun12. Les évolutions temporelles de puissance ainsi calculées pour les essais ETun09 et ETun10 sont présentées en figure V.10, où figure également l’évolution temporelle de la puissance de l’essai de référence correspondant : ETun01. La figure V.11 illustre cette même évolution pour l’essai ETun12 avec son essai de référence ETun02.

Vitesse de perte de masse Puissance correspondante Essai

Tab. V.3 – Vitesses de perte de masse et puissances moyennes pour les essais ETun09, ETun10 et ETun12 sous aspersion

Puisqu’il n’y a jamais eu extinction du foyer par le brouillard d’eau dans les essais retenus, la totalité de la masse initiale d’heptane a été consommée. On peut alors vérifier la cohérence de cette puissance moyenne calculée par rapport à celle de l’essai de référence correspondant. En intégrant la puissance P_moy sur la durée de l’essai, il est possible de calculer l’énergie totale libérée par le foyer et de la comparer avec celle de l’essai ETun01 pour les essais ETun09 et ETun10, et avec celle de l’essai ETun02 pour l’essai ETun12. Ces valeurs sont récapitulées dans le tableau V.4. Cette première évaluation de la puissance du foyer lors de la phase d’aspersion peut être considérée comme satisfaisante en première approche, les écarts par rapport à la puissance de l’essai de référence n’excédant pas 9,4

%.

Tab.V.4 – Energie libérée au cours des essais à foyer heptane découvert (puissance Pmoy) et comparaison avec l’essai de référence correspondant

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Fig.V.10 – Essai ETun09 et ETun10 - Evolution temporelle de la puissance du foyer par mesure de perte de masse - Essais ETun09 (—) et ETun10 (—) - Comparaison avec l’essai ETun01 (—)

Fig.V.11 – Essai ETun12 - Evolution temporelle de la puissance du foyer par mesure de perte de masse - (—) Essai ETun12 - Comparaison avec l’essai ETun02 (—)

On peut alors, pour chaque essai, comparer la valeur de puissance moyenne sous as-persion P_moy à celle mesurée sur le palier de puissance en fin de phase sèche. On remarque une baisse très sensible. Cette baisse de puissance concorde avec l’allongement de la durée de l’essai par rapport aux essais de référence ETun01 pour les essais ETun09 et ETun10, et

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ETun02 pour l’essai ETun12, l’énergie totale libérée par le foyer étant comparable. Dans le cas des essais ETun09 et ETun10, tous deux conduits avec une vitesse de ventilation inférieure à la vitesse critique, la puissance est réduite à environ 450 kW, selon la rela-tion V.1, ce qui représente une baisse de l’ordre de 70 %. A vitesse supérieure à la vitesse critique (essai ETun12), la baisse de puissance est bien moindre : 410 kW, soit 28 %.

Cette différence de baisse de puissance montre une attaque moins forte du brouillard sur le foyer, pour les raisons déjà exposées précédemment : la vitesse de ventilation plus forte perturbe la pénétration des gouttelettes dans le foyer en déformant le cône d’aspersion.

Cette valeur de puissance moyenne P_moy, si elle permet d’estimer globalement la baisse de puissance du foyer, ne permet pas d’observer le comportement du feu sous aspersion, qui est pourtant une information intéressante.

Nous avons mentionné préalablement que la mesure de perte de masse du foyer était perturbée par l’eau qui se déposait dans le bac. Une seconde approche consiste à estimer cette quantité. En effet, la pesée nous donne la masse totale du foyer (bac, eau et com-bustible). On en tire le débit massique total m˙_total. Ce terme m˙_total, lors d’un essai sans aspersion, représente bien le débit massique de combustiblem˙combustible et suffit à estimer la puissance du foyer :

˙

m_total=m˙combustible (V.2)

Lors d’un essai avec brouillard d’eau, l’eau se déposant ajoute un terme m˙_eau. On a alors :

˙

m_total=m˙combustible+m˙ _eau (V.3)

Si on fait l’hypothèse que le débit massique de combustiblem˙combustibleest constant, on peut déterminer l’évolution au cours du temps, lors de la phase d’aspersion, de la masse d’eau récupérée dans le bac (figure V.12).

Fig. V.12 – Essais ETun09, ETun10 et ETun12 - Evolution temporelle de la masse l’eau ajoutée par l’aspersion dans le bac - (—) ETun09, (—) ETun10 et(—) ETun12

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