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RÉSUMÉ
En 1979, l’accident de Three Mile Island démontrait qu’une explosion massive d’hydrogène pouvait se produire dans l’enceinte de confinement d’un réacteur nucléaire en situation d’accident grave. La catastrophe de Fukushima a rappelé les effets destructeurs des explosions d’hydrogène. Cet article a pour objectif la compréhension des phénomènes d’explosion. Schématiquement cela passe par la capacité à prédire l’existence et la vitesse de l’onde de réaction à tout moment au cours de sa propagation. Pour atteindre cet objectif, il a fallu faire émerger des ordres de grandeur et des règles en déterminant les grandeurs fondamentales et ensuite comprendre les couplages entre la zone de réaction et l’écoulement compressible qu’elle engendre au cours de sa propagation.
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Etienne STUDER : Ingénieur de recherche - Laboratoire d'applications en thermohydraulique et mécanique des fluides CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
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Sergey KUDRIAKOV : Ingénieur de recherche - Laboratoire d'applications en thermohydraulique et mécanique des fluides CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
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Alberto BECCANTINI : Ingénieur de recherche - Laboratoire d'applications en thermohydraulique et mécanique des fluides CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
En 1979, l'accident de Three Mile Island démontrait qu'une explosion massive d'hydrogène pouvait se produire dans l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire en situation d'accident grave. Plus récemment, la catastrophe de Fukushima a rappelé les effets destructeurs de ces explosions d'hydrogène. Comprendre comment une simple étincelle peut engendrer un phénomène aux effets si dévastateurs constitue notre objectif. Schématiquement, la compréhension de ces phénomènes passe par la capacité de prédire l'existence et la vitesse de l'onde de réaction à tout moment au cours de sa propagation. Pour atteindre cet objectif, il a fallu tout d'abord faire émerger des ordres de grandeur et des règles en déterminant les grandeurs fondamentales, et ensuite comprendre les couplages entre la zone de réaction et l'écoulement compressible qu'elle engendre au cours de sa propagation.
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2. Propagation subsonique de la combustion : les déflagrations laminaires et turbulentes
2.1 Déflagration laminaire
Reprenons notre modèle d'onde réactive de la figure 2. Quand la combustion est lente (faible vitesse D ), les gaz frais ont le temps de se dilater pour que la transformation soit quasi-isobare. Du fait de cette dilatation, la déflagration met en mouvement les gaz frais devant le front de combustion (U 1 > 0). Si l'on ferme l'extrémité du côté des gaz brûlés (Ub = 0) et qu'on appelle VF au lieu de D la vitesse apparente du front (vitesse par rapport à un observateur fixe), les équations (22) s'écrivent :
Si on appelle SL la vitesse de propagation de l'onde réactive...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ABDEL-GAYED (R.G.), Al-KHISHALI (K.J.), BRADLEY (D.) - Turbulent burning velocities and flame straining in explosions. - Proceeding of the Royal Society of London, A391, p. 393-414 (1984).
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(2) - ABDEL-GAYED (R.G.), BRADLEY (D.) - Dependence of turbulent burning velocity on turbulent Reynolds number and ratio of laminar burning velocity to rms turbulent velocity. - Proceedings of the Combustion Institute, 16, p. 1725-1735 (1976).
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(3) - ADDABBO (R.), BECHTOLD (J.K.), MATALON (M.) - Wrinkling of spherically expanding flames. - Proceedings of the Combustion Institute, 29, p. 1527-1535 (2002).
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(4) - ARDEY (N.) - Structure and acceleration of turbulent hydrogen/air flames within obstructed confinements. - PhD thesis, Technical University of Munich (1998).
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(5) - AUNG (K.T.), HASSAN (M.I.), FAETH (G.M.) - Flame stretch interactions of laminar premixed H2/air flames at normal temperature and pressure. - Combustion and Flame, 109, p. 1-24 (1997).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
COSILAB http://www.rotesco.com
GASEQ http://www.gaseq.co.uk
CHEMKIN http://www.reactiondesign.com/products/chemkin/chemkin-2
SENKIN
PREMIX
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires et centres de recherche
Institut Pprime (UPR 3346) http://www.pprime.fr
ICARE – Institut de Combustion Aérothermique Réactivité et Environnement http://www.icare.cnrs-orleans.fr
ONERA – Office National d'Études et Recherches Aérospatiales http://www.onera.fr
CORIA – Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie http://www.coria.fr
IRPHE – Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre http://www.irphe.fr
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