Modélisation LES dune explosion confinée en chambre de petite échelle cas de lUniversité de Sydney

1. Contexte

L’Ineris mène de nombreuses recherches sur la compréhension et la prédiction des explosions de gaz en milieux confinés ou semi‑confinés, notamment dans le cadre d’études de sécurité industrielle. Les approches numériques basées sur la Simulation aux Grandes Échelles (LES) constituent aujourd’hui un outil essentiel pour comprendre l’interaction flamme/turbulence et la montée en échelle des phénomènes.

Le stagiaire réalisera des simulations LES avec le code YALES2, développé par le CORIA (INSA Rouen / CNRS).

L’objectif principal est d’étudier et de modéliser des explosions confinées de gaz à partir de configurations expérimentales de référence.

2. Sujet du stage

Modélisation LES d’une explosion confinée en chambre de petite échelle – cas de l’Université de Sydney

Le premier objectif du stage consiste à reproduire numériquement l’expérience de petite échelle (0,6 L) conduite à l’Université de Sydney, abondamment décrite dans la littérature et notamment par Kent et al. (2005)[1] puis Masri et al. (2012)[2]. Ce cas est devenu un benchmark international pour l’étude de la propagation de flamme, de l’interaction flamme/obstacle, et de la génération de surpression.

Le stagiaire devra notamment :

• Prendre en main YALES2 (compilation, exécution, post‑traitement).
• Construire un maillage adapté au front de flamme et à la géométrie expérimentale.
• Mettre en œuvre le modèle de flamme épaissie (TFLES) utilisé dans les outils exploitant la LES pour la modélisation de la flamme de prémélange tels AVBP, CONVERGE, YALES2.
• Définir les conditions initiales (mélange, allumage, état thermodynamique).
• Produire une comparaison quantitative avec les résultats expérimentaux :
• pressions maximales,
• vitesse de flamme,
• influence des obstacles.

3. Extension du travail : montée en échelle

Selon l’avancée des travaux en cours de stage, une étude exploratoire sera menée pour préparer la montée en échelle :

• Sensibilité aux paramètres :
• rapport de blocage,
• position de l’allumage,
• géométrie de l’évent éventuel.
• Comparaison des ordres de grandeur petite / moyenne / grande échelle (facteurs ×6 et ×24). Identification des phénomènes gouvernant qui évoluent avec l’échelle :
• transition laminaire → turbulent,
• intensité du plissement,
• existence d’effets non‑linéaires en pression.

Ce travail préliminaire alimentera des études futures de simulations LES de propagation de flammes et d’ondes de pression en milieu confiné dans des volumes à moyenne et grande échelle.

4. Apports pédagogiques du stage

Le stagiaire développera :

• une compétence de mise en œuvre d’un code CFD de référence pour la combustion (YALES2),
• des connaissances des phénomènes d’explosion confinée,
• ses pratiques en maillage, HPC, analyse de données,
• une expertise recherchée dans les secteurs :
• sécurité industrielle,
• production d’énergie,
• recherche académique combustion / turbulence.

Laboratoire partenaire : CORIA / INSA Rouen – code YALES2

Expérience / Compétence

Compétences souhaitées :

• bases solides en mécanique des fluides compressibles,
• connaissances en combustion (flamme prémélangée, LES, turbulence) appréciées,
• à l’aise avec Linux, compilation, HPC,
• une première expérience en code CFD (OpenFOAM, YALES2, AVBP, etc.) est un plus.

DIVERS

• Durée : 3 mois et demi (stage conventionné)
• Avantages Ineris : prise en charge 50% transports collectifs, navette Creil ↔ Ineris, accès restaurant d’entreprise (4–6 €).

Ce poste est ouvert aux personnes en situation de handicap.

[1] J. E. Kent, A. R. Masri, S. H. Starner, and S. S. Ibrahim. A new chamber to study premixed flame propagation past repeated obstacles. 5th Asia-Pacific Conference on Combustion, The University of Adelaide, Adelaide, Australia, 2005..

[2] A. R. Masri, A. Al-Harbi, S. Meares, and S. S. Ibrahim. A comparative study of turbulent premixed flames propagating past repeated obstacles. Industrial & Engineering Chemistry Research , 2012.