Atomisation d'un jet liquide par un jet de gaz inerte appliquée à la propulsion cryotechnique
par Emmanuel Porcheron
Thèse de doctorat en Énergétique
Sous la direction de Jean-Louis Carreau.
Soutenue en 1998
à Poitiers .
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Résumé
Cette etude participe a l'identification des processus mis en jeu lors de l'atomisation d'un jet liquide (eau et oxygene liquide) par un jet de gaz coaxial (air, helium, azote et argon), simulant la configuration d'injection rencontree sur un moteur cryotechnique tel que le vulcain de la fusee ariane v. La visualisation du jet par plan laser pulse ou par camera rapide, permet de donner une description des mecanismes conduisants a la rupture du jet liquide. La sonde a fibre optique, qui donne acces au taux de presence du liquide dans la zone dense du jet diphasique, permet de delimiter : - le cone potentiel liquide, dont la longueur est essentiellement controlee par le rapport des densites de flux de quantite de mouvement du gaz et du liquide, ceci en accord avec le modele propose. - le dard liquide, ou longueur de rupture du jet, integre dans son expression, le nombre de weber du liquide comme facteur supplementaire. Par ailleurs, le couplage de la formation des gouttes de la pulverisation avec sa croissance spatiale, est mis en evidence a partir de mesures effectuees par anemometrie par phase doppler. L'influence du rapport des sections de passage du gaz et du liquide de l'injecteur ainsi que celle de son confinement, ont ete mises en evidence sur l'atomisation du jet liquide. Pour la geometrie particuliere d'un injecteur a grande couronne de gaz, l'atomisation primaire est intensifiee pour les faibles vitesses de gaz, alors que pour les fortes vitesses de gaz, le liquide pulverise ainsi que le brouillard forme, reste concentre dans la region centrale du jet. Le confinement ne modifie pas la dynamique de rupture du jet liquide mais il entretient une recirculation de gouttelettes dans le champ proche de l'injecteur et reduit globalement, l'efficacite de l'atomisation secondaire ce qui se traduit par une augmentation de la granulometrie moyenne de la pulverisation. La caracterisation de l'atomisation d'un jet d'oxygene liquide, conduite sur le banc d'injection mascotte de l'onera, a permis de mettre en evidence et d'interpreter le role amplificateur de la masse volumique du gaz sur la rupture du jet. Une correlation de la longueur du dard liquide prenant en compte les proprietes physico-chimiques ainsi que les masses volumiques des differents fluides utilises, (eau et oxygene liquide) (helium, azote, air et argon), a ete proposee.
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Titre traduit
Atomization of a liquid jet by a coaxial inert gas jet applied to cryogenic propulsion
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