Performances et limites de la mesure de vitesse par la vélocimétrie laser par corrélation : application à des milieux optiquement denses

Performances and limitations of velocity measurement using laser correlation velocimetry : applications in optically dense media

• Auteur / Autrice : Thomas Lacroix
• Direction : Claude Rozé, Jean-Bernard Blaisot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Energétique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jets -- Fluides, Dynamique des

Aérosols

Granulométrie

Atomisation

Vélocimétrie par images de particules

Mots clés libres

Vélocimétrie laser par corrélation

Résumé

Les normes environnementales en termes de pollution et de consommation nécessitent une injection optimale, avec un contrôle de la granulométrie des gouttes, de leur répartition ainsi que de la quantité du spray injecté. Les calculs numériques modélisant le comportement du spray ont besoin de points de mesure validant les conditions initiales du processus d’atomisation. Les mesures expérimentales en proche sortie d’injecteur interviennent, car c’est là que se développent les instabilités amenant à la rupture du spray. La plupart des techniques de mesures conventionnelles deviennent inefficaces dans cette région par la forte concentration des structures liquides, leur vitesse élevée et surtout leur forme aléatoire (ligaments ou grosses gouttes non sphériques). Ce travail se concentre sur la Vélocimétrie Laser par Corrélation (VLC), une technique optique permettant de mesurer la vitesse du spray en proche sortie d’injecteur. Cette technique a l’avantage d’être mise en oeuvre sans montage complexe et ne nécessite de faire aucune hypothèse sur la forme des éléments liquides traversant les volumes de mesure. Des mesures ont été effectuées sur un injecteur direct essence ainsi que sur un injecteur triple disque, qui ont déjà été caractérisés par mesures PDPA et en termes de granulométrie respectivement. L’utilisation de montages par imagerie couplés au montage VLC a permis une visualisation de l’écoulement mesuré. En comparant la fraction liquide dans les images avec les signaux enregistrés au même instant, le but a été d’établir un lien entre le signal VLC collecté et la morphologie du spray, et de relier la vitesse mesurée par corrélation aux propriétés de l’écoulement. Enfin, des informations sur les limites spatiales, temporelles et en termes de densité optique ont été regroupées, afin d’évaluer les limites de fonctionnement de la technique VLC.

Environmental standards in terms of pollution and consumption require an optimal injection, with a control of the size of the droplets, of their spatial distribution, and of the quantity of the liquid injected. The numerical calculations modeling the behavior of the spray need measuring points validating the initial conditions of the atomization process. Experimental measurements in the near injector outlet are necessary, because this is where grow instabilities, leading to the rupture of the spray. Most conventional measurement techniques become ineffective in this region by the high concentration of liquid droplets, their high velocity and especially their random shape (ligaments or non-spherical droplets). This work focuses on the Laser Correlation Velocimetry (LCV), an optical technique for measuring the velocity of the spray in the near injector outlet. This technique has the advantage of being implemented with a relatively simple installation and requires no assumptions about the shape of the liquid elements passing through the measurement volumes. Measurements have been made on a gasoline injector and on a triple disc injector, which have been characterized by PDPA and in terms of granulometry respectively. Imaging techniques coupled to the LCV technique allowed visualization of the measured flow. By comparing the liquid fraction in the images with the signals recorded at the same time, the goal was to establish a link between the collected signal and the morphology of the spray, and to link the measured velocity to the properties of the spray. Finally, information on the spatial, temporal and in terms of optical density have been noted, to evaluate the operating limits of the LCV technique.