Modélisation des phénomènes de cavitation ultrasonore à l'aide d'ondes électromagnétiques

par Zoheir Bouhala

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de André Tosser-Roussey.

Soutenue en 1998

à Metz .


  • Résumé

    Sous le nom de cavitation ultrasonore, on désigne un groupe de phénomènes dans lesquels des espaces creux remplis de vapeur ou de gaz se forment ou disparaissent au sein d'un fluide sous l'effet d'un champ ultrasonore. Le calcul du rayonnement d'une source circulaire par la méthode de la source image a permis la prédiction des positions des ventres et des nœuds de pression acoustique. La cavitation ultrasonore est plus aisée à obtenir à faible puissance électrique lorsque la hauteur du liquide est égale à un nombre impair de fois le quart de la longueur d'onde. L'étude expérimentale par traitement d'images a permis de confirmer la présence ou l'absence de trois types de phénomènes de cavitation. L'augmentation de la pression se manifeste par une accentuation du tassement des bulles, important dans les ventres de pression sonore, et par un renforcement de certaines tendances telles que l'apparition de tourbillons ; l'évolution temporelle des bulles pourrait être expliquée par la théorie du chaos. Une modélisation de la répartition spatiale des bulles à partir de la théorie des guides d'ondes électromagnétiques est proposée, en bon accord avec l'ensemble des conditions limites qui sont observées ; l'excitation d'un mode rectangulaire TE22 décrit donc l'ensemble des résultats expérimentaux d'apparence stationnaire : les vitesses ont les composantes du champ magnétique analogue et les forces de pression ont pour analogue les champs électriques. L'interprétation qualitative de phénomènes transitoires est ainsi rendue possible. Des équations restent encore posées sur l'excitation de ce mode TE22 à partir du mode circulaire de vibration de la céramique circulaire. La conclusion générale est la capacité a représenter les régimes pseudo-stationnaires de cavitation par des propagations d'ondes hyperfréquences.

  • Titre traduit

    Modelling ultrasonics cavitation phenomena from electromagnetic waves propagation


  • Résumé

    Ultrasonic cavitation has been induced in liquid column of small dimensions. The bubbles movements has been observed and a video-computer assisted selection has been used for selecting the typical features in relation with the size of the bubbles and the transient phenomena. The theoretical interpretations start from the efficient role of the image source for predicting the positions where little bubbles gather within the liquid column. In this way, the existence of quasi stationary planes perpendicular to the symetry axis of the experimental set-up is established. Starting from a partial analogy between the ultrasonics propagation and the high frequency guided propagation, the general dynamic behaviour of bubbles within the liquid column is interpreted from the rectangular TE22 mode of propagation of metallic wave guides; transient phenomena can then be interpreted; some details related to the excitation of the rectangular TE22 mode from the circular vibration mode of the circular emitting source can only be suggested. However, most of the observed phenomena agree with the consequences of the theoretical following analogy : bubble velocity ↔ magnetic field, pressure force↔ electric field.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (210 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 192-210

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