Transport and combustion of particles generated by a wildland fire
Transport et combustion de particules générées par un feu de végétation
Résumé
As a tool for understanding and mastery the phenomenon of spotfires (fire spread by lofted flaming or glowing plant debris, called firebrands), a physical model which simulates transport and combustion of firebrands during forest fire is developed. The combustion sub-model describes the most of the thermal degradation processes: pyrolysis of dry wood, combustion and gasification of char, thermal transfers... Aerodynamical sub-model takes into account drag and lift phenomena, as well as the rotation effects of firebrand. Firebrands behaviour is performed in two configurations of wildland fire: - a group of burning trees which combustion area and buoyant plume are obtained from a two-phase multi-class 3D model submitted to a lateral wind; - a fire line which gaseous 2D flow is approached by an integral model of conservation equations in buoyant plume. Calculations allow to extract the influence of main characteristics of fire (fire intensity, wind velocity) and initial physical properties of firebrands (diameter, thickness, density, char conversion) on their landing distance and remaining mass at landing, as well as on landing and burning criteria of firebrands. Results reveal the existence of a ground-level bimodal distribution of brands: - the most of them which reach the ground in flaming state on receptive fuel bed near front fire and present a great fire danger; - and the others land on the ground in charring state far away from the fire. A law of distribution is obtained for shirt-distance firebrands and allows to estimate, among other things, the mean distance of spotfires.
Dans une optique de compréhension et de maîtrise du phénomène de sautes de feu (propagation d'incendie par projection de débris végétaux enflammés ou incandescents, appelés brandons), un modèle physique simulant le transport et la combustion des brandons lors d'un feu de forêt est développé. Le sous-modèle de combustion décrit la plupart des processus de dégradation thermique: pyrolyse du bois sec, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques... Le sous-modèle aérodynamique tient compte des phénomènes de traînée et de portance, ainsi que les effets de rotation du brandon. Le comportement des brandons est analysé dans deux configurations de feu de végétation: - un groupe d'arbres en feu où la zone de combustion et le panache de gaz chauds sont obtenus à partir d'un modèle diphasique 3D multi-classes soumis à un vent latéral; - une ligne d'arbres en feu où l'écoulement gazeux 2D est approché par un modèle intégral des équations de conservation dans le panache de fumées. Les calculs permettent de dégager l'influence des principales caractéristiques de l'incendie (intensité du feu, vitesse du vent) et des propriétés physiques initiales des brandons (diamètre, épaisseur, masse volumique, teneur en charbon) sur leur distance parcourue et leur masse restante au sol, ainsi que sur les critères d'extinction et de chute des brandons. Les résultats révèlent l'existence d'une distribution bi-modale au sol des brandons: - la plupart arrivant enflammés sur la végétation réceptive près du feu et présentent un grand danger de départ de feu; - et les autres tombant à l'état de braises loin en avant du front de feu. Une loi de distribution est obtenue pour les brandons à courte distance et permet d'estimer, entre autres, la distance moyenne de sautes.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]
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