Mesures 3D par caméras CCD de champs de vitesse dans des écoulements turbulents
par Sébastien Coudert
Thèse de doctorat en Traitement d'images
Sous la direction de Jean-Paul Schon.
Soutenue en 2002
à Saint-Etienne .
mots clés-
Résumé
Ce travail consiste aux développements et à l'amélioration de techniques expérimentales de mesures 3D de vitesses au sein d'écoulement de fluide. Ces techniques sont des systèmes de vélocimétrie par image de particule (PIV) stéréoscopique en configuration angulaire. Des méthodes et des montages sont proposés pour déterminer avec précision les erreurs de mesure, pour diminuer et corriger ces erreurs, mais aussi pour simplifier la mise en œuvre de ces techniques. Les problèmes liés aux calibrages des caméras, et aux erreurs commises en cas de désalignement du plan d'observation (plan laser) par rapport au plan de calibrage, sont analysés et résolus. 2 méthodes ont été proposées pour corriger ces erreurs, qui peuvent être importantes dans certains cas. 2 types d'objectif sont étudiés, utilisés et comparés : les objectifs standards et les objectifs télécentriques. En particulier, les auto-dimensionnements des systèmes stéréoscopiques sont réalisés, et ouvrent la voie à l'auto-étalonnage des caméras de système stéréoscopique. Notre étude a montré que les fonctions géométriques de calibrage et l'utilisation d'objectifs télécentriques permettent d'améliorer de nombreux points par rapport aux fonctions générales et l'utilisation d'objectifs standards en conditions de Scheimpflug. Premièrement, des efforts spécifiques sont réalisés sur la modélisation des fonctions géométriques, afin d'atteindre la même précision qu'avec des fonctions générales. Deuxièmement, les objectifs télécentriques permettent d'éliminer les effets de perspectives sur les images acquises, limiter le temps d'installation du système stéréoscopique ainsi que celui du temps de calcul des vecteurs vitesses 3D. Cependant, ils ont l'inconvénient d'être limités en taille de champs. 2 campagnes d'essais avec 2 systèmes stéréoscopiques différents ont permis de mesurer les vitesses 3D au sein d'écoulements de jet axisymétrique turbulent.
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Titre traduit
3D measurements of velocity field using CCD cameras in turbulent flows
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Résumé
This work consists with the developments and the improvements of experimental techniques that measure 3D velocity within flow of fluid. These techniques are stereoscopic particle image velocimetry (SPIV) systems in angular configuration. . . [etc. ]
