Modélisation de l exposition : approche CFD

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1 Modélisation de l exposition : approche CFD Ali BAHLOUL Chercheur en ventilation, Service de la recherche

2 INTRODUCTION CFD : Computational Fluid Dynamics (simulation numérique). But : la prédiction de l écoulement et la répartition des contaminants. CFD fait appel à : la physique (mécanique des fluides, du solide,...) ; les mathématiques (analyse numérique,...) ; l'informatique (programmation, utilisation,...). Identification : des systèmes physiques à considérer; des phénomènes physiques au sein de chaque système; des interactions entre ces différents systèmes. 2 Simplification : s'interroger sur l'importance relative de ces phénomènes.

3 APPROCHE CFD Phénomènes physiques sont régis par des Équations de Conservation Conservation de masse Conservation de la quantité de mouvement Conservation de chaleur Conservation des concentrations des contaminants En plus des Conditions aux Limites (frontières du domaine) 3 Système d Équations Différentielles complexes (spatio-temporelles) Réflexion sur: la description géométrique ; la description des modèles physique et numérique ; la projection des résultats en vue de l'analyse physique.

4 APPROCHE CFD Analyse Numérique Méthode de Discrétisation permet de transformer le système d équations différentielles en un système matriciel le plus simple possible à inverser Ax = b Maillage : Partition du domaine en petits éléments chaque élément est défini par un ensemble de points Intervalle de temps 4 Choix de critère de convergence (de satisfaction) Résultats sont sous la forme de tableaux de valeurs de x à chaque point Nombreux logiciels commerciaux : (Fluent, CFX, Star-CD, FemLab )

5 EXEMPLE 1 : SOUDAGE À l ARGON Soudage à l argon dans un réservoir 5 3 travailleurs asphyxiés le 29 juillet 2006 à Saint-Jean-sur-Richelieu Deux travailleurs de Berlie-Falco Technologies inc. Une travailleuse de la compagnie Les Emballages Knowlton inc

6 EXEMPLE 2 : SILO À FOURRAGE Silos conventionnels Espaces clos : chute, inhalation de gaz, problèmes respiratoires, etc. 6 Fermentation de fourrage : Gaz toxiques et asphyxiants : CO2, NOx, H2S, CH4 Déficience en oxygène Présence microbienne : levures et moisissures Silo à fourrage

7 EXEMPLE 2 : SILO À FOURRAGE Validations des calculs de simulations numériques 7 Comparaison des temps de ventilation théoriques et expérimentaux

8 EXEMPLE 2 : SILO À FOURRAGE Modèle analytique t = 2 πd H 4Q [ ln( 21% C ) + 0,86C + 5,2] io 2 CO 2 i t : D : H : Q : CiCO 2 CiO 2 : temps de ventilation, [min]. diamètre du silo-tour, [m]. hauteur du silo-tour, [m] débit de l air de soufflage, [m 3 /min] : concentration CO 2 initiale, [%] concentration O 2 initiale, [%] t = 4 C io2 = 0 % et C ico2 = 100% Volume à ventiler Débit deventilation Validation du modèle m 3 /min Exp. Num. Modèle min 56 min 58 min min 28 min 29 min min 14 min 16 min H = 6,45 m, D = 6 m, C io2 = 10%, C ico2 = 25% et Q = 20 m 3 /min taux de changement d air par heure 8

9 EXEMPLE 3 : CAPTAGE MULTI-FENTES admission d air frais air contaminé captage multi-fente émission des contaminants 9 Configuration du poste de travail étudié

10 EXEMPLE 3 : CAPTAGE MULTI-FENTES Modèle numérique 10

11 EXEMPLE 3 : CAPTAGE MULTI-FENTES 1 fente 2 fentes 11 4 fentes 6 fentes Iso-concentrations

12 EXEMPLE 3 : CAPTAGE MULTI-FENTES 9 G = C multi fentes C fente C fente 8,8 8,6 12 8,4 Le gain (%) le gain (%) 8,2 8 7,8 7,6 7,4 7, fentes Nombre de fentes

13 Questions? 13