Étude de la fragmentation de gouttes chaudes en ébullition en film dans un écoulement d'eau

par Erik de Malmazet

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergétique, procédés

Sous la direction de Georges Berthoud et de Emil Hopfinger.

Soutenue en 2007

à Grenoble INPG .

mots clés

• Gouttes

Résumé

On étudie la fragmentation de gouttes chaudes placées dans un écoulement uniforme, mécanisme intervenant dans le phénomène de l'explosion de vapeur. On effectue premièrement une étude théorique du mécanisme d'arrachement de couche limite dans le cas isotherme, et on en déduit que celui-ci ne permet pas de fragmenter la goutte efficacement dans le cas où l'écoulement externe est liquide, contrairement au cas gazeux. Ensuite, on développe un modèle d'ébullition en film sur des corps rigides qui inclut correctement les termes inertiels et convectifs de l'écoulement vapeur, ce qui n'avait jamais été fait auparavant et qui permet de retrouver des résultats expérimentaux qui ne pouvaient être prédits auparavant. Finalement, on présente une étude expérimentale de la fragmentation de gouttes chaudes d'étain dans un écoulement d'eau, à l'aide notamment d'une caméra ultra-rapide et d'un flash X. Cette étude a permis d'observer plusieurs aspects inédits du mécanisme de fragmentation.

Titre traduit

Analysis of the of hot drops with film boiling in a water flow

Résumé

The goal of this work is to study the fragmentation of hot drops placed in a uniform flow, an important mechanism related to the vapor explosion phenomena. First, a theoretical study of the Boundary Layer Stripping mechanism in the isothermal case is done, and it is concluded that this mechanism is not able to effectively fragment the drop in the case where the externat flow is liquid, contrary to the gaseous case. Then, a model for film boiling over horizontal cylinders and axisymetric bodies which is able to properly describe the inertial and convection terms in the vapor flow is presented. This has never been done before. The model Is able to predict experimental results which could not be predicted by other models. Ln the last part, an experimental study of the fragmentation of hot tin draps in a water flow which uses digital fast camera and flash X ray imagery is presented. This study has allowed the observation of several new features of the drop fragmentation mechanism.