Caractérisation d'un spray dense et à grande vitesse par diagnostics optiques

par Thomas Boëdec

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Claude Champoussin.


  • Résumé

    Ce travail constitue une contribution à la caractérisation expérimentale d'un spray dense et à grande vitesse de type spray diesel, au moyen de diagnostics optiques, par des mesures ponctuelles - anémométrie phase doppler (PDA) - ou planes - vélocimétrie par images de particules (PIV) et traitement et analyse d'images (DIP) -. Un écoulement stationnaire est produit par décharge d'eau pressurisée à 10 MPa, à travers un orifice de diamètre 0,2 mm, débouchant dans le milieu ambiant. Grace à des mesures PDA, cinq critères définissant la transition d'un écoulement dense vers un écoulement pleinement développé (semblable à un e��coulement d'air charge en particules) ont été établis, bases sur : (i) la valeur asymptotique atteinte par la vitesse moyenne axiale ; (ii) l'évolution linéaire de la masse d'air entrainée ; (iii) l'équilibre atteint par les fluctuations de vitesse ; (iv) l'évolution linéaire du déplacement carré moyen ; (v) l'évolution linéaire de l'épaisseur de mélange. L'adaptation de la PIV a l'étude de ce spray difficile a nécessité de nombreux tests sur le type d'éclairement (deux nappes laser opposées et coplanaires), sur le choix des intervalles de temps entre deux images, sur les tailles de fenêtres d'interrogation pour l'inter corrélation le DIP a fourni des résultats de granulométrie en bon accord avec ceux issus des mesures ponctuelles. Une investigation originale combinant la PIV et le DIP a permis l'étude de la vitesse des gouttes conditionnée par leurs tailles. Enfin, à partir des intensités fluorescées et diffusées, enregistrées simultanément sur deux cameras CCD, l'analyse précédente par PIV et DIP a donne des résultats encourageants sur la dynamique de la phase continue : des écarts de vitesse longitudinale entre les deux phases de l'ordre de 30 m/s ont été mesurés sur l'axe. Les perspectives majeures sont les analyses quantitatives de la vitesse du gaz conditionnée par la vitesse des gouttes ou par leur géométrie.


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  • Résumé

    The present work is a contribution to the experimental characterisation of a dense and high speed spray, by means of optical diagnostics : one-point measurements - Phase Doppler Anemometry (PDA) - and planar visualisation measurements - Particle Image Velocimetry (PIV) and Digital Image Processing (DIP) -. A steady state spray is produced by discharge of pressurised water at 10 MPa through a 0. 2 mm diameter hole. The spray discharges into quiescent air, at atmospheric pressure and ambient temperature. With PDA measurements, five criteria defining the transition from a dense flow to a fully developped flow (similar to an airjet laden with droplets) have been established, based on : (i) the asymptote reached by the mean velocity on the axis ; (ii) the linear evolution of the air entrainment ; (iii) the equilibrium reached by the fluctuating velocity ; (iv) the linear evolution of the mean-squared displacement ; (v) the linear evolution of the integral thickness. The adaptation of PIV to the study of this dense spray necessitates numerous preliminary experiments concerning the illumination of the droplets (two opposite coplanar laser sheets), the choice of time interval between two images, the interrogation spot size for the cross-correlation process. . . DIP gives droplets size results which are in good agreement with the ones issued from the PDA measurements. An original investigation combining PIV and DIP allows to study the droplets velocity (10 to 100 m/s) conditioned by their size (a few um). Finally, with the fluoresced and diffused light simultaneously recorded on two CCD cameras, the previous analysis by PIV and digital image treatment gives encouraging results on the continuous phase dynamic : differences in longitudinal velocity of about 30 m/s between the two phases were measured on the axis. Future prospects are the quantitative analyses of the gas velocity conditioned by droplets velocity or droplets geometry.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 153 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1822
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