Simulation prédictive de la combustion du fer en atmosphère d’oxygène pur, de l’allumage à la propagation.
Dans le cadre de la sécurité industrielle, la maîtrise du comportement énergétique des métaux en atmosphère enrichie en oxygène, est un point crucial qui est étudié depuis plusieurs décennies. Des secteurs très différents sont concernés, tels que la production d’oxygène, la propulsion spatiale ou le milieu hospitalier. La problématique majeure est qu’un métal, sous conditions riches en oxygène et subissant un léger apport énergétique, peut s’oxyder de manière très intense et entretenue, rompant le confinement d’une enceinte ou d’une conduite et présentant par conséquent un risque humain et matériel. Cette thématique a été traitée jusqu’à maintenant selon deux points de vue, l’allumage, i.e. le moment où l’énergie apportée par la réaction d’oxydation entraine un échauffement local non négligeable, et la propagation, lorsque la réaction de combustion est auto-entretenue. Dans les deux cas, le système présente des niveaux énergétiques élevés et une dynamique rapide. Cette thématique a été majoritairement étudiée de manière expérimentale, notamment grâce à des installations dédiées de type ASTM G124-16 (combustion d’un barreau pendant), très utilisées dans le domaine mais manquant souvent de reproductibilité et restant limitées en termes d’apport à la compréhension. Pour cette raison, les travaux présentés ici proposent un développement numérique de ce test , basé sur un modèle thermo-hydrodynamique et complété par la description du transport des espèces chimiques, de l’apport énergétique dû à la réaction et par la gestion de la frontière métal-oxide / gaz. L’objectif est de proposer un modèle suffisamment multiphysique pour être prédictif, notamment au regard de critères d’allumage et de propagation. Après avoir présenté le cadre physique de la simulation et discuté des hypothèses les plus fortes, des résultats de comparaison numérique / expérimental illustrerons le caractère prédictif du modèle. Une étude thermique sur les seuils d’allumage et de propagation illustrera finalement l’intérêt d’un tel outil pour le dimensionnement.
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