Imagerie femtoseconde d'un spray Diesel haute pression en proche sortie d'injecteur

• Auteur / Autrice : Saïd Idlahcen
• Direction : Claude Rozé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel -- Combustion

Lasers femtoseconde

Résumé

La compréhension du processus d’atomisation d'un jet liquide de carburant en proche sortie de l'orifice d'un injecteur Diesel est fondamentale si on veut optimiser la combustion dans les moteurs. Cependant, dans cette zone, les conditions difficiles (forte densité de liquide, vitesse élevée et petit champ d’observation) rendent inopérantes les techniques classiques. Une technique d’imagerie résolue en temps (imagerie balistique) est développée et son potentiel pour l’étude des jets rapides est étudié. Le montage consiste à utiliser une source laser femtoseconde amplifiée (100 fs) et une porte optique permettant de sélectionner la lumière ayant interagi avec le spray en fonction du temps. Pour cela, deux configurations de porte optique sont proposées, toutes deux utilisant un montage pompe-sonde. L’une est basée sur l’effet Kerr optique généré dans du CS2 liquide et permet d’avoir une résolution temporelle de l’ordre de 1 ps. La résolution spatiale est grandement améliorée par l’utilisation de deux longueurs d’onde différentes pour le faisceau pompe et le faisceau imageur (montage à deux couleurs). L’autre est basée sur une génération de second harmonique dans un cristal BBO et permet d’obtenir une résolution temporelle sub-picoseconde. Par ailleurs, une mesure de vitesse des structures liquides du jet liquide est réalisée à l’aide d’un laser femtoseconde double impulsion dans une configuration d’imagerie classique. On montre que l’utilisation d’une porte optique basée sur un cristal BBO permet l’évaluation de la vitesse dans la zone la plus dense du jet.

To understand the atomization process of a liquid jet in the near field of a Diesel injector is a key issue for the optimization of combustion engines. Unfortunately, the difficult conditions presented by Diesel sprays (high liquid density, high speed and small observation field) render classical techniques impractical. In this thesis a time resolved imagery technique (ballistic imaging) is developed and its potential for high speed liquid jet is studied. The experimental set up used in this work consists of an amplified femtosecond laser source (100 fs) and a time-dependent optical gate allowing the selection of light which interacts with the spray. Two configurations are examined, and both systems are arranged in a pump-probe configuration. The first system is based on an optical Kerr gate generated in CS2 liquid, resulting in a temporal resolution of about 1 ps. The system resolution is greatly improved by using two different wavelengths for the pump pulse and the imaging pulse (two-color configuration). The second system is based on the second harmonic generation in a BBO crystal, resulting in sub-picosecond temporal resolution. In addition, a velocity measurement of the structures of a liquid jet has been performed using a double pulse femtosecond laser in a classical imagery configuration. It has been shown that using an optical gate based on the BBO crystal allows the estimation of velocity in the densest part of the jet.