Experimental study of plane and pleated HEPA filters clogged by particles simulating a combustion aerosol
Étude du colmatage des filtres THE plans et à petits plis par des agrégats de nanoparticules simulant un aérosol de combustion
Résumé
In nuclear facilities, airborne particles are the vector of most of the radiological contamination. For this reason, pleated HEPA filters are one of the containment devices which are actively studied by the IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) to ensure the safety of nuclear exploitation. To avoid contamination of the environment, the understanding of the behavior of the filters especially in accidental situation has to be as exhaustive as possible. The most probable accident and the most penalizing for the containment devices is fire which leads to a massive soot particle production. In this case, the clogging of the filters is a problematic which has to be taken into account. Up to now, an empirical correlation has been developed to predict the pressure drop increase. The empirical nature of this correlation doesn’t allow its use in all situations. A phenomenological understanding and model of the clogging is then necessary. The following PhD work aims to reduce the pressure drop evolution to physical observations for each step of the clogging in order to model it on the most physical basis as possible. To do so, the study has been divided in two parts. The first one focusing on the behavior of flat filter by measuring the penetration of particles inside the medium and the porosity of the deposit formed on its surface. In the second part a small scale experiment based on a single pleat has been developed. Accumulation of the particles inside the pleat has been directly observed, deformation of the pleat as well as airflow in the pleat (using a PIV method) has been measured. During these experiments, pressure drop has been monitored and the measured parameters have been linked to the pressure drop evolution. Finality is to build a simple analytical model to predict the pressure drop evolution of the filters as a function of the deposited mass, the aerosol characteristics and the ventilation conditions. The main perspective opened by these results is the validation of complete numerical models to overcome the experimental limits. The logical extension of this work will be the study of the interaction of a clogged filter with temperature, air moisture and chemical aggression
Dans les installations nucléaires, les particules en suspension sont le vecteur d’une grande partie de la contamination radiologique. Pour cette raison, l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) étudie les filtres THE (Très Haute Efficacité) plissés qui sont l'un des dispositifs permettant assurer la sécurité de l'exploitation nucléaire. Pour éviter les rejets dans l'environnement, la compréhension du comportement des filtres en particulier dans la situation accidentelle doit être aussi exhaustive que possible. L'accident le plus probable et le plus pénalisant pour les dispositifs de confinement est l’incendie qui conduit à une production massive de particules de suie. Dans ce cas, le colmatage des filtres est un problème qui doit être pris en compte. Jusqu'à présent, une corrélation empirique a été développée pour prédire l'augmentation de perte de charge. Toutefois, le caractère empirique de cette corrélation ne permet pas son utilisation dans toutes les situations. Une compréhension phénoménologique et un modèle de colmatage est alors nécessaire. Le travail de thèse qui suit vise à lier l'évolution de la perte de charge à des observations physiques pour chaque étape du colmatage. Pour ce faire, l'étude a été divisée en deux parties. La première se focalise sur le comportement du filtre plan en mesurant la pénétration de particules à l'intérieur du medium et la porosité du dépôt formé sur sa surface. La deuxième partie consiste en une expérience à petite échelle basée sur un seul pli. L'accumulation de particules à l'intérieur du pli a été directement observée, de plus, la déformation du pli ainsi que les écoulements d'air dans le pli (en utilisant une méthode de PIV) ont été mesurés. Au cours de ces expériences, la perte de charge a été mesurée et les paramètres mesurés ont été liés à l'évolution de la perte de charge. La finalité est de construire un modèle analytique simple afin de prédire l'évolution de la perte de charge des filtres en fonction de la masse déposée, des caractéristiques de l'aérosol et des conditions aérauliques. La principale perspective ouverte par ces résultats est la validation des modèles numériques complets pour surmonter les limites expérimentales. Le prolongement logique de ce travail sera l'étude du comportement d'un filtre colmaté soumis à des contraintes de température, d’humidité et aux agressions chimiques de produits de combustion
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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