Caractérisation des jets à hautes pressions : étude expérimentale d'injections continues sub-, trans- et super-critiques

Characterization of high pressure jets : experimental study of sub-, trans- and super-critical continuous injections

• Auteur / Autrice : Nathalie Vallée
• Direction : Jean-Bernard Blaisot, Guillaume Ribert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance le 21/06/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Grisch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Bernard Blaisot, Guillaume Ribert, Nasser Darabiha, Cyril Crua, Grazia Lamanna
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nasser Darabiha, Cyril Crua

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Mélange

Jets -- Fluides, Dynamique des

Atomisation

Fluides supercritiques

Hautes pressions

Mots clés libres

Coeur dense

Angle d'ouverture

Longueur de rupture

Ombroscopie

High pressure

Supercritical fluid

Atomization

Jet

Dense core

Mixing

Spreading angle

Breakup length

X-Rays

Color background oriented schlieren

CBOS

Shadowgraphy

Diffused backlight illumination

DBI

Résumé

L'étude de l'injection d'un fluide dans des conditions de hautes pressions reste encore aujourd'hui un challenge. Lorsque la pression critique des fluides est dépassée, l'état supercritique est atteint, faisant disparaître la distinction entre liquide et gaz. Pour ces conditions extrêmes, les données expérimentales sont peu nombreuses et nécessitent d'être consolidées. Dans cette étude, un nouveau banc d'essai a été réalisé au laboratoire CORIA dans le but d'étudier des injections non-réactives d'éthane et de propane dans une atmosphère sub- et supercritique d'azote ou d'hélium. Les données ont été collectées à partir de quatre diagnostics optiques : l'ombroscopie, la DBI, la radiographie et la CBOS. Des informations qualitatives sur la topologie des jets et de leur couche de mélange sont apportées. Des mesures quantitatives de longueur de cœur dense, d'angle d'ouverture et de densité sont complétées par une étude phénoménologique à l'aide de la théorie des mélanges binaires.

Studying a fluid flow under high-pressure conditions through reliable experiments is still nowadays a challenge. When the chamber pressure exceeds the critical pressure of working fluids the supercritical state of matter is reached and the distinction between gas and liquid becomes blurred. For such special conditions, experimental data are scarce and need to be consolidated. In the present study, a new test bench has been designed at CORIA Lab to study the non-reactive injection of ethane and propane into nitrogen or helium under sub- and supercritical conditions. Experimental data are collected from four image-based techniques : shadowgraphy, diffused backlight illumination (DBI), radiography and color background oriented schlieren (CBOS). Qualitative information on topology of the jets and their mixing layer are provided. Quantitative measurements of dense core length, jet spreading angle and density field are supported by a phenomenological study based on binary mixing theory.