Etude expérimentale de jets libres, compressibles ou en présence d'un obstacle

par Julien Dubois

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Fabien Anselmet.

Le président du jury était Pierre Millan.

Le jury était composé de Fabien Anselmet, Pierre Millan, Philippe Marty, Muriel Amielh, Roland Borghi, Olivier Gentilhomme, Etienne Studer.

Les rapporteurs étaient Pierre Millan, Philippe Marty.


  • Résumé

    L’objectif de ces travaux est d’étudier expérimentalement la dispersion d’hydrogène pour évaluer l’impact des fuites chroniques ou accidentelles qui peuvent intervenir en milieu libre ou encombré, à faible ou à forte pression, sur un véhicule fonctionnant avec une pile à combustible. Les fuites étudiées sont assimilées à des jets verticaux, turbulents, axisymétriques, à densité variable, et issus d’orifices cylindriques de 1 à 3 mm de diamètre. Un banc expérimental a été conçu pour étudier ces fuites : l’hydrogène a été remplacé par de l’hélium pour des raisons de sécurité. Il résiste à une pression de 200 bars et permet de positionner un obstacle dans le jet. La technique BOS (Background Oriented Schlieren) a été adaptée aux jets millimétriques et à la présence d’un obstacle. Un soin particulier à été apporté à la mise en place de cette technique. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la littérature quand il en existe. De nouvelles lois de similitude sont proposées, plus représentatives de la physique des jets : libres subsoniques, libres sousdétendus, et subsoniques en présence d’un obstacle (sphère). À partir de l’analyse de la structure compressible des jets sous-détendus, de nouvelles lois sont aussi proposées pour estimer la position et le diamètre du disque de Mach puis la longueur du cône potentiel. Enfin, deux lois d’estimation du volume et de la masse inflammables de jets libres d’hydrogène sont proposées : elles sont fonction du débit massique de la fuite.

  • Titre traduit

    Experimental study of free jets and jets with compressible effects or impinging an obstacle


  • Résumé

    The aim of this work is to experimentally investigate the hydrogen dispersion to evaluate the impact of chronic or accidental leaks that may occur in a free or in a congested environment, from a low or a high pressure tank, on a fuel cell vehicle. The leaks are assimilated to vertical turbulent and axisymmetric jets with variable density. They are issued from cylindrical orifices from 1 to 3 mm diameter. An experimental set-up was designed to investigate the leaks : hydrogen has been replaced by helium for safety reasons. It supports a 200 bar pressure and allows to position an obstacle in the jet flow. The BOS (Background Oriented Schlieren) technique has been adapted to millimeter jets and to the presence of an obstacle. Particular attention has been given to the development of this technique. The results show good agrement with the available litterature data.New similarity laws are proposed, more representative of the flows of : subsonic free jets, under-expanded free jets, and subsonic impinging (a sphere) jets. From the structure analysis of compressible under-expanded free jets, new relations are proposed to estimate the Mach disk position and diameter as well as the potential core length. Finally, two new laws are found from the analysis of flammable volume and flammable mass : they are based on the leak mass flow rate.


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  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.247-257

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