Vitesse de ventilation

Etalonnage de la mesure dans la galerie L'étalonnage des débits doit per-mettre de relier le débit calculé à partir de la mesure de vitesse dans la colonne au débit d'air dans le tunnel. La position des ventelles pourra ainsi être réglée an d'obtenir un débit d'environ 5 m3_/s(vitesse longitudinale de 0,9 m/s).

L'étalonnage est réalisé avec un incendie d'acétone placé au pied de la tour verticale. Un incendie d'acétone présente une combustion quasi complète, la part d'imbrûlés étant très faible. Les fumées sont essentiellement composées de CO2

et de H₂O. Connaissant le débit volumique de CO₂ produit par la réaction de combustion et la concentration volumique en CO₂, il est possible de calculer le débit de ventilation dans le tunnel. Pour chaque essai, le débit volumique de ventilation est donc déterminé.

Prol de vitesse sans incendie La connaissance du débit de ventilation n'est pas susante pour permettre de représenter numériquement les expériences réa-lisées puisque le prol de vitesse longitudinale a une inuence sur les caracté-ristiques de la nappe de retour. De plus, les capteurs de mesures étalonnés se situent dans la tour verticale qui au vu des calculs numériques réalisés est le siège de recirculations importantes qui peuvent conduire à des valeurs approximatives de débit.

Les mesures de vitesse longitudinale sont réalisées à l'aide d'un tube de Pitot. Cas sans jet Le prol de vitesse longitudinale est donc mesuré à 10 m de l'entrée de la galerie (1/5 de la longueur de la galerie). Ces mesures sont eec-tuées pour deux essais an de s'assurer de la répétabilité de l'essai. Les débits volumiques sont respectivement de 5, 44 m3

/s et 5, 42 m3_/s pour les essais du 02/03/09 et du 05/03/09. L'écart des débits volumiques mesurés est très faible. Les mesures de vitesses sont moyennées sur 5 secondes par le matériel d'ac-quisition de mesure. An de déterminer le prol de vitesse durant l'essai, une moyenne temporelle de la vitesse durant l'essai est calculée.

Le graphe suivant représente les prols de vitesse longitudinale au centre de la section en travers à 10 m de l'entrée pour les deux essais. La position verticale du point de mesure 'y' est adimensionnée par la hauteur moyenne de la galerie 1,8 m.

Ce graphe montre que d'un essai à l'autre les prols de vitesse sont diérents malgré des débits volumiques identiques. Ces uctuations de vitesse sont dues aux conditions extérieures de vent dont l'aranchissement est impossible dans le cas d'expérience à l'échelle 1/3 avec ouverture sur l'extérieur. Le débit volumique est calculé à partir de mesures de vitesse réalisées dans la tour verticale. La vitesse à mesurer est de l'ordre de 0,9 m/s. Cette mesure est eectuée à l'aide d'une sonde de Mac-Carey dont la précision est de l'ordre de 0,2 m/s, ceci engendre des modications de débit volumique de l'ordre de 1, 2 m3_/s.

An de prendre en compte ces uctuations de vitesse pour le calage des simulations numériques, l'écart type de la vitesse est calculé pour les deux essais. Les barres en noir permettent de représenter la dispersion de la mesure de vitesse. Le graphe suivant présente le prol de vitesse obtenue par la moyenne des mesures de vitesse ainsi que la dispersion de mesure à 10 m en amont de l'entrée

Fig. 2.14. Vitesse moyenne et dispersion à 10 m de l'entrée de la galerie

Dans les études numériques, les vitesses devront donc appartenir à ces barres de dispersion. Les erreurs de mesures ne sont pas connues mais n'excèdent pas les valeurs des uctuations calculées dans cette étude. Les uctuations de la vitesse sont les plus importantes près des parois du fait de la couche limite turbulente qui peut ajouter des uctuations.

La même étude est réalisée pour le prol de vitesse à 22,5 m de l'entrée de la galerie où les eets aléatoires du vent doivent être moins importants qu'à 10 m de l'entrée de la galerie.

En eet, à cette distance (10 diamètres hydrauliques), l'écoulement est nor-malement établi et n'est plus sujet aux contraintes extérieures.

Le graphe suivant représente les moyennes temporelles et les dispersions de mesure de la vitesse longitudinale à 22,5 m de l'entrée de la galerie pour les essais du 2 Mars 2009.

Fig. 2.15. Vitesse moyenne et dispersion à 22,5 m de l'entrée de la galerie

La représentation des barres de dispersion en noir permet de visualiser une diminution des uctuations de la vitesse. Les moyennes sont représentées en rose.

Les prols de vitesse longitudinale à 10 et à 22,5 m de l'entrée de la galerie et la dispersion de mesure du fait des conditions météorologiques représentent les conditions de vitesses que l'écoulement simulé numériquement doit respecter.

Cas avec jet plan pariétal Dans le cas des expériences avec jet, il existe deux prols diérents de vitesse longitudinale suivant la vitesse d'éjection du jet 2,4 m/s et 5,14 m/s.

Les mesures de vitesses ont été réalisées à 5 m de l'éjection du jet.

Cinq prols verticaux de vitesse équirépartis sont mesurés suivant la largeur an de s'assurer de l'homogénéité du jet suivant la largeur. Le prol de vitesse qui va être utilisé comme condition limite pour les simulations numériques est donc une moyenne des prols. Le graphe suivant présente le prol de vitesse moyenne en rose et la dispersion de cette valeur moyenne en noir du fait de l'inhomogénéité de la vitesse suivant la largeur.

Fig. 2.16. Vitesse moyenne et uctuations à 5 m de l'éjection du jet de 2,4 m/s

Les uctuations les plus importantes apparaissent au niveau du cisaillement entre le jet et l'écoulement entrant en partie basse.

La même étude d'homogénéité du prol de vitesse suivant la largeur de la galerie est réalisée pour le jet de 5,14 m/s. La moyenne en rose sur le graphe suivant est calculée à partir des prols de vitesse.

Fig. 2.17. Vitesse moyenne et uctuations à 5 m de l'éjection du jet de 5,14 m/s

Les mesures de la vitesse longitudinale au centre de la section en travers à 22,5 m de l'entrée de la galerie dans les deux cas de jet permettent de connaître la diusion du jet le long de la galerie.

Les prols de vitesse sont représentés sur le graphe suivant par les moyennes temporelles de la vitesse longitudinale sur 5 minutes d'essai.

Fig. 2.18. Prols de vitesse à 22,5 m de l'entrée pour les 2 jets

Le graphe précédent montre que le gradient de vitesse du fait de l'introduc-tion du jet a disparu à 22,5 m de l'entrée de la galerie. Les deuxprols verticaux sont très proches malgré des vitesses d'éjection du jet diérentes. Ces mesures sont réalisées pour des cas sans incendie. Du fait des longueurs de nappe de re-tour obtenues dans cette étude, ces prols laissent présager que la modication de la vitesse du jet n'induit pas de changements des caractéritiques de la nappe de retour. Or ces prols de vitesse semblent être modiés du fait de la présence de l'incendie.

Le prol vertical est représentatif d'un prol turbulent sans gradient avec une vitesse maximale de 1,4 m/s environ. Il faut maintenant comparer ces résultats à la théorie du jet pour déterminer si cette disparition de gradient est compatible avec la diusion du jet plan.

En admettant que le prol de vitesse dans le jet plan qui diuse est Gaussien, la vitesse maximale du jet suit la loi suivanteU_m/U0= 2, 58 (x/d0)⁻¹/2avec U0la vitesse d'éjection du jet et d₀ l'épaisseur du jet. La vitesse d'éjection du jet de 0,6 m de haut est en moyenne de 2,4 m/s sur une épaisseur de 0,6 m. Pour obtenir un prol sans gradient de vitesse, il faut se trouver à une distance supérieure à environ 12 m de l'éjection du jet plan.

La vitesse d'éjection du jet de 0,28 m de haut est en moyenne de 5,14 m/s sur une épaisseur de 0,28 m. Pour obtenir un prol sans gradient de vitesse, il faut se trouver à une distance supérieure à environ 25 m de l'éjection du jet. Les mesures sont donc en accord avec la théorie de diusion du jet plan.

Des mesures de prols de vitesse longitudinale 5 m en aval de l'éjection du jet ont été réalisées lors de l'étude expérimentale pour les deux jets utilisés. Le débit volumique d'extraction mesuré dans la tour est d'environ 5, 39 m3_/s pour toutes les expériences avec jet.

Le calcul du débit volumique dans le tunnel de la galerie à partir de l'in-tégration des prols de vitesses mesurées sur la section en travers de la galerie donne un débit volumique de 5, 54 m3_/s dans le cas du jet de 2,4 m/s. Cette diérence s'explique par le fait que les eets des parois latérales (couche limite) ne sont pas pris en compte pour le calcul de débit par intégration des prols de vitesse.

Dans le cas du jet de 5,14 m/s , le débit volumique calculé est de 7, 18 m3_/s. Deuxsimulations numériques avec deuxdébits volumiques dans la galerie sont réalisées pour le cas avec jet de 5,14 m/s. Le graphe suivant présente les

prols de vitesse à 5 m de l'éjection du jet pour ces simulations et les points mesurées au cours de l'expérience.

Fig. 2.19. Prols de vitesse à 5 m de l'éjection du jet de 5,14 m/s

Le fait d'imposé le débit mesuré, 5, 39 m3_/s, lors de l'expérience conduit à des vitesses longitudinales plus faibles dans la simulation que dans l'expérience. Par contre, dans le cas de la simulation avec le débit calculé à partir des mesures du prol de vitesse, 7, 18 m3_/s, le prol de vitesse de la simulation coïncide parfaitement avec les points de l'expérience.

Pour l'étude numérique, les deux couples vitesse de jet - débit calculée sont interpolés pour calculer les débits dans le tunnel pour les autres jets de l'étude paramétrique.