Diagnostics optiques dans des jets supersoniques libres : tomographie par déviation de faisceau et absorption infrarouge

par Louis Philippe

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Marie-Yvonne Perrin.

Soutenue en 1989

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Jet supersonique
• Inversion d'Abel
• Tomographie
• Rayonnement infrarouge

Résumé

Deux techniques de diagnostic optique par faisceau laser sont appliquées à l'étude de la détente en jet supersonique libre. Près du plan d'éjection, des profils quantitatifs de masse volumique sont obtenus par la technique de déviation de faisceau laser; associée à deux algorithmes d'inversion numérique. Dans le cas de jets axisymétriques, l'inversion d'Abel est utilisée pour mettre en évidence l'influence de la géométrie de la tuyère sur la naissance de l'écoulement. Plus loin, un bon accord est constaté avec un calcul numérique par la méthode des caractéristiques. Une augmentation de la pression génératrice révèle un changement de structure de la couche de choc. L’application d'un algorithme d'inversion de tomographie permet de reconstruire des profils de masse volumique pour l'interaction de deux jets d'axes parallèles. La couche de mélange crée un jet secondaire très dense qui vient perturber les deux jets initiaux. La technique de spectroscopie infrarouge à haute résolution est appliquée à l'étude de la relaxation rotationnelle de Co, en détente en jet de gaz pur, ou ensemence dans l'hélium et l'argon. À cet effet, une technique d'acquisition par balayage rapide des profils d'absorption a été mise au point. Des mesures locales de populations rotationnelles et de températures rotationnelles sont extraites des profils expérimentaux par les méthodes du décalage doppler et de l'inversion numérique d'Abel, qui sont comparées. L’expérience révèle le gel successif des niveaux rotationnels, une augmentation des températures en fin de détente, ainsi qu'un bon accord avec les résultats de la modélisation isentropique pour la densité totale. L’influence des effets conjugués de la pénétration du gaz résiduel et de la condensation dans le cœur du jet est prise en compte pour l'interprétation des résultats obtenus.

Titre traduit

Optical diagnostics in supersonic free-jets : laser beam deviation and infrared absorption tomography

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