Simulation numérique du largage d'un liquide depuis un bombardier d'eau
Résumé
Fighting wildland fires is a major issue for the protection of populations and environment with a need of more efficient means to fight fires. Airtankers are able to drop volumes of liquid (water or fire retardant) varying from less than 1 m3 to several tens of m3, directly on fire or with the objective to form barriers of retardant to stop or reduce the fire propagation. However, the dynamics of a liquid dropped from an airplane has received few attentions in the scientific community, and related studies have mostly focused on Newtonian liquid jets injection in cross flow from millimetric injectors for combustion applications. For firefighting purpose, the liquid can be a retardant (a non Newtonian fluid) and the characteristic size of the delivery systems is of the order of a meter. The objective of this work is to demonstrate that Computational Fluid Dynamics (CFD) can be used to provide a deep understanding of the liquid fragmentation and dispersion when dropped from an aircraft. A numerical investigation is proposed for the analysis of airtanker performance and applied here to the biggest airtankers used in France : the Canadair CL-415 and the Dash-8. A numerical approach based on the Volume of Fluid method (VoF) is used to provide an accurate description of the tank discharge as well as to study the liquid ejection, fragmentation and atomization in air. The 3D unsteady resolution of the Navier-Stokes equations for both the liquid and the air allows us to provide a description of the main characteristics of the resulting liquid cloud, characterized by the vertical penetration of the liquid, its lateral expansion and the process of atomization.
La lutte contre les feux de forêt est un enjeux majeur pour la protection des populations et de l’environnement, avec un besoin croissant de moyens de lutte efficaces. Les avions bombardiers d’eau sont capables de larguer des volumes de liquide (eau ou retardant) allant de moins d’un mètre cube à plusieurs dizaines de mètres cubes, directement sur les foyers d’incendies, ou pour former des barrières de retardant, réduisant la propagation des feux. Cependant, la dynamique des jets liquides largués depuis un avion a reçu peu d’attention de la part de la communauté scientifique, et les études relatives à ce sujet se concentrent principalement sur des jets liquides Newtoniens dans un écoulement transverse depuis des injecteurs de l’ordre du millimètre, utilisés dans des applications de combustion. Dans le cadre de la lutte contre les incendies, le liquide largué peut être du retardant de flamme, un fluide non-Newtonien, et les longueurs caractéristiques des systèmes de largage sont de l’ordre du mètre. L’objectif de ces travaux est de démontrer que la simulation numérique peut être utilisée pour obtenir une compréhension des mécanismes profonds de la fragmentation et de la dispersion d’un liquide largué depuis un bombardier d’eau. Une étude numérique est proposée pour analyser les performances des bombardiers d’eau, ici les deux plus gros utilisés en Europe : le Canadair Cl-415 et le Dash-8. Une approche numérique, basée sur la méthode Volume of Fluid (VoF) est utilisée pour fournir une description précise de la vidange des réservoirs de ces appareils, l’éjection, la fragmentation et la dispersion du liquide dans l’air. La résolution 3D et instationnaire des équations de Navier-Stokes pour l’air et le liquide permet d’obtenir une description de la formation du nuage liquide, de caractériser sa pénétration et son expansion latérale dans l’air ainsi que les processus à l’origine de son atomisation.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|