Quelques aspects de la pulvérisation des liquides dans un système annulaire : instabilité de surface - encapsulation - concept LPP

par Xavier Jeandel

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Michel Ledoux.

Soutenue en 2000

à Rouen .

mots clés

• Injecteur carburant
• Composition non stœchiométrique
• Kérosène
• Etude expérimentale
• Instabilité Kelvin Helmholtz
• Couche liquide
• Fluide visqueux
• Rupture
• Combustible pulvérisé
• Moteur
• Aéronef
• Modélisation
• Combustion
• Moteurs -- Injection du carburant
• Combustibles liquides
• Écoulement diphasique
• Gouttes
• Diffraction
• Atomisation
• Pulvérisation

Résumé

La problématique posée par la réduction des polluants et principalement de l'oxyde d'azote émis par les moteurs rencontres dans le secteur aéronautique a motivé ce travail de thèse. Notre intérêt s'est porte sur la formation du mélange comburant carburant et s'est élargi pour répondre à des questions plus fondamentales concernant la formation d'un spray à partir d'un système liquide annulaire bordé par un écoulement d'air d'énergie cinétique plus importante que le liquide. Le premier volet de ce travail porte sur l'étude d'un injecteur réel, dit "injecteur LPP", où la réduction de l'oxyde d'azote repose sur la réalisation d'un mélange comburant carburant en dessous de la stœchiométrie. Le nuage diphasique, forme de gouttelettes de kérosène entraînées par un écoulement d'air, est étudié expérimentalement au moyen de diagnostics optiques utilisant les propriétés de diffraction de la lumière. Plusieurs configurations des écoulements d'air sont étudiées et la structure du nuage à l'intérieur de l'injecteur est identifiée. Le second volet se place dans une problématique amont. Il permet d'approcher plus simplement le système liquide rencontré dans l'injecteur réel. Une nappe liquide de géométrie annulaire bordée par deux écoulements d'air coaxiaux est étudiée expérimentalement. Un schéma d'évolution de la nappe est proposé. L'ensemble des situations rencontrées est répertorié sous la forme d'une cartographie établie en fonction des paramètres du système liquide. Un modèle permet de prédire un temps caractéristique de l'évolution de la nappe. Le troisième et dernier volet aborde le problème d'instabilités de Kelvin-Helmholtz se développant à l'interface d'une nappe annulaire de liquide visqueux.

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