72 6.2.1 Suivi de l'histoire thermique de trois particules aux destins très différents 73 6.2.2 Masse restante au sol. Daα Coefficient de diffusion de masse de l'espèce α dans l'air, [m2 s−1] Dsphère Diamètre de la sphère de volume équivalent à la particule, [m]. La section 4 présente les facteurs responsables du phénomène de fluctuations et les principales caractéristiques des incendies, en s'appuyant principalement sur des exemples de feux maîtrisés.
Les principaux types de feux de végétation
Au paragraphe 1 on trouve d'abord des informations générales sur les feux de végétation, à savoir une présentation sur les différents types de feux et leurs modes de propagation. Les feux de cimes sont les feux de végétation dont la vitesse de propagation est la plus élevée. Les feux de cime sont dits roulants lorsque le feu se développe uniquement dans la cime des arbres et se propage indépendamment des feux de surface.
Le triangle du feu, la base des incendies
Un feu de sol consomme à la fois la matière organique qui compose la litière et celle qui compose l'humus situé sous la litière à la surface du sol forestier. Le feu au sol se caractérise par un front qui brûle lentement sans flammes et émet peu de fumée. Les feux de sol sont les incendies les moins spectaculaires, leur propagation est très lente en raison du manque d'oxygène, mais sont les plus destructeurs car ils tuent les systèmes souterrains de survie des plantes.
Les modes de propagation du feu
En effet, les incendies qui ont ravagé le Péloponnèse, dans le sud de la Grèce, ont tué 63 personnes, brûlé plus de 180 000 hectares de terres, détruit ou endommagé plus de 2 000 bâtiments et tué plus de 40 000 têtes de bétail, selon une première estimation dans les régions touchées. . Elides, département le plus touché de l'ouest du Péloponnèse, a enregistré 110 000 hectares brûlés, soit près de la moitié de sa superficie, dont environ 40% de forêt, a indiqué à l'AFP un responsable préfectoral (de manière anecdotique, plus de 40 000 moutons et chèvres ont également perdu la vie). Par exemple, lors du programme SALTUS, des oscillations peuvent être observées dans plus de la moitié des incendies surveillés et peuvent se produire sur des périodes courtes ou longues, sur de longues distances.
Premiers travaux
Le modèle de combustion utilisé nécessite l'évolution temporelle à la fois du diamètre et de la densité. À partir de ce modèle de combustion des feux de forêt, Albini a dérivé une équation linéaire décrivant l’évolution de la vitesse de chute avec le temps. Basé sur le modèle physique de propagation des incendies de Rothermel (1972), BEHAVE est utilisé pour la prévision de la propagation des incendies et l'estimation des risques d'incendie en fonction de la végétation et de la variation des paramètres climatiques et topographiques.
Travaux récents
YO2surf est la fraction massique d’O2 diffusée à travers la phase gazeuse jusqu’à la surface de la particule. Durant le processus de pyrolyse, la température à la surface de la particule est constante (Tse et Fernandez-Pello (1998)). 6.1 – Largeur initiale du panache au-dessus de la zone de combustion, en fonction de l'intensité de l'incendie.
Combustion et aérodynamique des brandons 1
Le déroulement de la combustion du bois
- Préchauffage et séchage
- Pyrolyse
- Précombustion de la phase gazeuse
- Oxydation du résidu charbonneux
Le phénomène de pyrolyse a lieu en l'absence d'oxygène et se propage au sein de la particule. En particulier, Reed et Markson (1982) ont montré que le flux de gaz dû à la pyrolyse empêche l'oxygène d'entrer en contact avec la surface des particules de bois. Lorsque l’interface de réaction est à basse température, la vitesse globale de réaction est relativement faible et l’oxygène peut diffuser dans le cœur de la particule à travers ses pores.
La combustion incomplète
Dans notre étude, les conditions sont telles (particules non poreuses de taille supérieure au millimètre) que des réactions chimiques se produisent presque à chaque fois que l’oxygène touche la surface du carbone, entraînant une combustion se produisant uniquement sur la surface externe.
Description du modèle de combustion choisi
Une mini-flamme apparaît autour de la particule, empêchant tout contact avec l'air ambiant. Dans un premier temps, la température à l'intérieur de la particule est uniforme et égale à la température initiale de l'air ambiant, soit 300 K. Enfin, on peut extraire la fraction massique des espèces gazeuses qui diffuse à la surface de la particule.
Validation du modèle de combustion
- Ensemble de données sur la masse et le volume issues du Northern
- Validation du modèle de combustion
Modélisation de la combustion des incendies, où m˙”CO, m˙”O2, m˙”CO2 et m˙”H2O sont les débits (par unité de surface) des espèces gazeuses s’échappant de la particule. Modélisation de la combustion des esprits du feu Espèce Valeurs initiales Valeurs finales Valeurs dérivées Vitesse Temps d'arbre Masse Masse Masse DDf. Df/Df0=proportion du diamètre restant calculée à partir de : proportion de la masse restante÷proportion de la densité restante.
Modélisation aérodynamique des brandons 21
- La force de masse ajoutée
- La force de gradient de pression
- Le terme historique
- La force de masse apparente
- La force de traînée stationnaire
- La force de portance
- Établissement de l’équation du mouvement de rotation de la particule
- Moment dû aux forces aérodynamiques
- Moment dû à la résistance du fluide
- Cas de la sphère
- Cas du cylindre
- Cas du disque
The largest uncertainty is related to the coefficients of the pyrolysis model given in the literature. The effects of the particle shape on the regime transition can be deduced from the following analysis. 6, the difference in the time evolution of the mass can be explained by the following analysis.
Comportement des brandons générés par un groupe d’arbres en
Equations de transport de la phase gazeuse
Le comportement de l'écoulement réactif turbulent est décrit par des équations aux dérivées partielles qui traduisent les bilans de conservation de continuité, de quantité de mouvement et d'énergie du mélange gazeux. Les grandeurs physiques peuvent être décomposées en deux parties liées au débit moyen et aux fluctuations qui l'entourent. Cette représentation n'a de sens que pour des écoulements turbulents statistiquement stationnaires pour lesquels une moyenne temporelle est substituée à la moyenne statistique.
Les équations de transport en phase gazeuse sont des équations aux dérivées partielles qui peuvent s'écrire sous la forme générale suivante. Dans le tableau 3.1, les termes sources, SΦ, et le coefficient d'échange, ΓΦ, sont résumés pour les différentes variables et les constantes du modèle de turbulence sont répertoriées. L'équation de production de suies présentée dans ce tableau sera détaillée au paragraphe 3.3.4. Equations d'état et propriétés thermophysiques.
3.4) L'enthalpie d'une espèce chimique se décompose en la somme d'une enthalpie chimique, qui est l'enthalpie de cette espèce à la température de référence de 0 K, et d'une enthalpie purement thermodynamique résultant d'une variation de température par rapport à cette température de référence. Les capacités calorifiques des composants du mélange gazeux sont évaluées à l'aide de polynômes de degré 5 de température dont les coefficients sont extraits de la base de données thermodynamique Chemkin (Keeet al. (1992)). Dans ce tableau, φ est une propriété de la phase gazeuse, Γφ est le coefficient d'échange et Sφ est les termes sources.
Dans l'équation d'enthalpie, l'enthalpie de l'espèce est évaluée à la température de surface de la phase solide : hα=hα(Tk).
Modèles de fermeture
- Termes de couplage entre les phases
- Modèle de turbulence
- Modèle de combustion
- Modèle de formation des suies et détermination des propriétés radia-
L’utilisation de modèles à faible nombre de Reynolds et à haut nombre de Reynolds n’a pas permis d’améliorer la description de la turbulence pour ce type d’écoulement. Le terme P apparaissant dans les termes sources des équations de transport en phase gazeuse (tableau 3.1) représente la production de l'énergie cinétique des fluctuations dues aux contraintes de Reynolds. Dans le cas des matériaux cellulosiques formant une végétation sujette au feu, la composition des produits gazeux issus de la pyrolyse est complexe (CO, CO2,H2O,CH4,H2,C2H6,.
Conformément aux travaux de Grishin (1997), il est supposé que lors de la dégradation chimique d'un matériau cellulosique, le mélange CO-CO2 est le plus représentatif, conduisant à . Les espèces présentes dans la phase gazeuse considérée sont : CO,O2,CO2, H2O et N2. CR et CR0 sont des constantes choisies égales respectivement à 4 et 2, et s1 est le rapport stoechiométrique de la réaction d'oxydation (équation 3.14) (s1 = 4/7).
Dans notre modèle de suie, seule l’équation de transport de la fraction volumique de suie est utilisée, fvs. Conformément à Grishin (1997), et en tenant compte du modèle de combustion homogène (équation 3.14), nous supposons que les suies produites dans la flamme sont dues à la pyrolyse du bois combustible (le taux de formation des suies est donc proportionnel au taux de pyrolyse, (Porterie et al. (2005))) et non de décomposition des hydrocarbures en phase gazeuse. L'expression de la fraction volumique des suies nous amène naturellement à considérer les pertes par rayonnement au travers de l'expression sourceQg,radiation sous la forme générique de l'équation de conservation de l'énergie de la phase gazeuse (tableau 3.1).
Dans le cas d'une phase solide avec une seule classe végétale, l'intensité du rayonnement dans la direction Ω, I(Ω), obéit à l'équation suivante. αgI) + (αgag+αkak)I =αgagIb(T) +αkakIb(Tk) (3.19) Le coefficient d'absorption ak pour la phase solide peut être calculé à partir de ak = Ak/4 (Consalviet al. (2002) ) tandis que la suie / le mélange de produits de combustion (CO2, H2O) considéré comme un gaz gris est estimé à partir de la fraction molaire des produits de combustion et de la fraction volumique de suies (Kaplan et al. (1996)).
Résolution numérique des équations de transport
Les pertes par rayonnement représentent une proportion importante de l’énergie libérée lors de la réaction de combustion. Markstein (1984) estime cette proportion entre 18 % et 43 %, selon la nature du carburant et le régime d'écoulement. Il apparaît donc relativement important de caractériser correctement la quantité de suies présentes dans la zone réactionnelle et leur évolution dans la flamme.
Les deux termes sources sous la forme générale de l'équation de transport (voir tableau 3.1) rendent compte respectivement des processus. Pour un milieu gris absorbant, émetteur et diffusant, une équation de transfert radiatif multiphase (MRTE) a été développée par Consalvi et al. Pour faciliter la convergence du processus itératif sur un pas de temps, une procédure de relaxation est introduite pour lisser les variations brusques d'une variable calculée d'une itération à la suivante.
Transport et combustion de brandons émis à partir d’un groupe
- Comportement aérodynamique et thermique des brandons
- Distance au sol et hauteur atteinte par les brandons soulevés par le panache
It should be noted that the same conclusions can be drawn independently of the shape of the particles and the external heat flux. Evolution of transition radius as a function of external radiative heat flux for spheres. In the enthalpy equation, the enthalpy of the species is determined at the surface temperature of the solid phase: hα=hα(Tk).
Due to wake effects, oxygen can reach some areas of the particle where carbon oxidation can occur. Time evolution of mass fraction (dashed lines) and surface temperature (solid lines) of four firewires launched from the top of the canopy. Time evolution of the RfcharSoxVrel1/2 expression of two fire plumes fired from the top of the canopy.
