Étude du comportement dynamique et thermique de gouttes en régime d'interaction dans le cas de jets rectilignes

par Jean-François Virepinte

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Gérard Lavergne.

Soutenue en 1999

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Gouttes -- Thèses et écrits académiques
• Dynamique des fluides -- Thèses et écrits académiques
• Traînée (aérodynamique) -- Thèses et écrits académiques
• Jets -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Cette étude s'inscrit dans le cadre des recherches menées à l'ONERA/DMAE sur les écoulements internes dans les chambres de combustion. Parmi les nombreux phénomènes physiques, la force de traînée et le taux de combustion sont très diffciles à modéliser dans le cas de configurations d'écoulements denses. Les intéractions entre gouttes modifient profondément la physique des phénomènes. C'est dans le but détudier ces effets d'intéraction qu'une expérience de base a été mise en place. Un injecteur génère des trains rectilignes de gouttes calibrées. L'espacement entre les gouttes est contrôlé par un déviateur électrostatique. Des techniques de mesure non intrusives sont utilisées pour mesurer simultanément la taille, la vitesse et la température des gouttes. La technique DRASC (Diffusion Raman Anti Stokes Coherent) permet de connaître la température de la phase gazeuse. En conditions isothermes, une expression du coefficient de traînée en interaction a été établie. Sa formulation prend en compte la distance entre les particules. Elle couvre toute la gamme de distances entre gouttes, du cas de jet dense à la limite de la goutte isolée. En combustion, le débit soufflé au niveau de la surface de la goutte provenant de l'évaporation provoque une réduction supplémentaire du coefficient de traînée. Une corrélation a aussi été établie dans ces conditions. L'introduction d'un facteur correctif ne dépendant que de la distance entre les gouttes permet de quantifier précisément la diminution du taux de combustion en présence d'effets d'interaction. En complément des mesures, une étude numérique a été entreprise. La modélisation de l'écoulement autour des gouttes permet d'extraire la valeur du coefficient de traînée. La comparaison avec les mesures expérimentales montre un bon accord pour des nombres de Reynolds élevés.

Titre traduit

Dynamical and thermal study of interacting droplets in case of rectilinear streams

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