Analyse physique d'un jet d'air turbulent chargé en gouttelettes : diagnostics laser applicables à l'injection d'essence dans les moteurs

par Valérie Ferrand

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Georges Charnay.

Soutenue en 2001

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Nous présentons une analyse physique de la structure d'un jet d'air turbulent transportant des particules liquides polydispersées. Ce travail est inspiré par une situation rencontrée dans des sprays industriels de type injection directe d'essence dans les moteurs à pistons. Dans l'écoulement étudié, le chargement de la phase dispersée est tel que les interactions entre phases sont mutuelles, la présence des particules modifie en particulier le développement de la phase gazeuse et sur le transport particulaire par les structures turbulentes, en absence de collisions et d'évaporation de gouttes. Une expérimentation modèle de jet axisymétrique fortement chargé en gouttelettes a été dimensionnée pour développer des métrologies optiques adaptées à ce type d'écoulement diphasique afin d'accéder aux mécanismes de transfert entre les phases. L'anémométrie phase DOPPLER et la fluorescence induite par laser sont associées pour fournir les mesures locales de vitesses des deux phases, des tailles de gouttes et de leur concentration massique dans le jet. Le signal temporel de la vitesse du gaz est reconstruit pour accéder à la vitesse du fluide 'vu' par les gouttes et aux corrélations turbulents gaz/gouttes, termes essentiels pour la modélisation des échanges d'énergies entre phases. La dispersion, la répartition spatiale préférentielle des gouttes et les fortes modifications que la présence des gouttes induisent dans le champ gazeux sont alors analysées au travers de l'étude de trois cas jets diphasiques de chargements distincts [ensemble vide]=12%, [ensemble vide]=40% et [ensemble vide]=73% ces termes sont responsables de l'augmentation d'un facteur deux de la vitesse moyenne longitudinale de laphase gazeuse, associée à une réduction de 25% de l'expansion radiale du jet et à une diminution de l'intensité turbulente pouvant atteindre 25% localement. Des mesures de champ de vitesses à l'extérieur du jet (vélocimétrie par images de particules) ont de plus permis d'établir que la présence de gouttelettes à l'intérieur du jet introduit une réduction 50% de l'entraînement d'air extérieur par rapport à un jet monophasique de même débit massique initial. Cette réduction apparaît cohérente avec les bilans de masse de gaz effectués à l'intérieur du jet.


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Informations

  • Détails : 262 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 253-262

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  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 01INPT010H/1
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