Développement d'anémomètres pour l'étude de la turbulence cryogénique

par Pantxo Diribarne

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Thibault.

Soutenue en 2006

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L'étude a pour objet le dimensionnement et la réalisation d'anémomètres spécifiques aux conditions cryogéniques. Le travail principal concerne l'adaptation du principe des anémomètres à fil chaud. A cet effet nous utilisons des filaments de Niobium Titane supraconducteurs (T c=9 K) dont le diamètre est compris entre 0,5 pm et 1 pm. La zone sensible du détecteur est réalisée en réduisant localement la section du filament sur une longueur typique d'une fraction de micromètre. Cette opération, qui a pour but de créer un point chaud (par réduction ponctuelle du courant critique du fil), est effectuée au moyen d'un canon à ions Gal1ium (FIB). L'étalonnage du détecteur est obtenu dans une boucle de circulation d'hélium liquide conçue et réalisée pour cet usage. La sensibilité du détecteur à la vitesse est inférieure d'un facteur 1,5 à celle des fils chauds classiques. Les premières étapes du développement d'une sonde locale de pression (visant à terme un fonctionnement en tube de Pitot) sont présentées: il est montré que la fabrication d'une membrane de petite taille, pouvant être intégrée directement dans l'écoulement, ne pose pas de problème particulier. Les jauges de contrainte métalliques -déposées sur la membrane pour en mesurer la déformation- ont cependant une sensibilité faible et ne permettent pas à l'heure actuelle d'atteindre les performances visées.

  • Titre traduit

    Development of anemometers for the study of cryogenic turbulence


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    We describe in this study the development of two anemometers designed for cryogenic temperature operation. The first works on the principle of hot wire anemometers, but is made of a superconducting Niobium- Titanium wire (Tc=9 K) with a diameter comprised betweell 0. 5 pm and 1 pm. The sensing part of the wire is obtained by a local reduction of its cross-section using a Free IOll Bearn (Ga ions) mechanical attack. For currents exceeding the critical current of this region, a normal phase is created that extends along the wire on a velocity dependent length. Calibration of the sensor is conducted in a liquid helium circulation loop that was designed and built for this purpose. The sensitivity of this superconducting hot wire anemometer is about 1,5 times less than its room temperature equivalent. A miniaturiscd pressure gauge is also presented, that works as a Pitot tube anemometer in superfluid heliuIIl, where hot wires seem to be inoperative. The sensor is made of meta1lic strain gauges deposited on thin Silicon Nitride membranes. It is shown that the reduction of both the membrane size (down to 20 pm) and of the strain gauges is not the major technical difficulty. However, the sensitivity of the system is not sufficient ta measure expected pressure fluctuations of order 1 Pa and less. We attribute these limited performances to the material chosen for the strain gauges.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-153 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 149-153

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/GRE1/0141
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/GRE1/0141/D
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