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Évaporation de gouttelettes polydispersées dans un écoulement de canal fortement turbulent : analyse de la formation du mélange diphasique par imagerie de fluorescence

Cochet, Magali. Évaporation de gouttelettes polydispersées dans un écoulement de canal fortement turbulent : analyse de la formation du mélange diphasique par imagerie de fluorescence. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2007

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000640/

Abstract

Nous présentons ici une expérimentation modèle pour l'étude d'écoulements diphasiques turbulents en évaporation. L'étude s'intéresse à une situation où des gouttelettes pré-atomisées et dispersées par un écoulement turbulent chauffé s'évaporent et se mélangent. Le chargement massique en gouttelettes est pris suffisamment bas pour que l'on puisse considérer que l'on n'a pas de rétro-action du mouvement des particules sur l'écoulement porteur. L'écoulement est chauffé de façon à déclencher l'évaporation des gouttelettes. Enfin il n'y a pas combustion. Afin de mener à bien cette étude, un banc d'expérimentation modèle a été conçu pour générer un écoulement porteur fortement turbulent. Il s'agit d'un écoulement de canal présentant des caractéristiques de la turbulence homogène isotrope et des niveaux de turbulence élevés : 25 % dans la zone établie homogène isotrope, largement supérieurs à ceux obtenus à l'aide d'une turbulence de grille. La caractérisation de cet écoulement a été réalisée à l'aide de la Vélocimétrie par Images de Particules (PIV). Un système d'injection, utilisant un atomiseur passif à ultrasons, permet de créer un brouillard de gouttelettes qui sont rapidement dispersées dans l'écoulement. Les caractéristiques de ce brouillard sont également déterminées directement en sortie d'injecteur. Les gouttelettes ont des tailles suffisamment petites pour être toutes sensibles au moins aux grosses structures énergétiques, voire même aux échelles dissipatives. La polydispersion du brouillard est telle que tous les types d'interactions entre la turbulence et les gouttelettes sont possibles. L'étude de l'évaporation est réalisée à l'aide de la Fluorescence Induite par Laser (PLIF), qui permet de déterminer des concentrations massiques de vapeur. La PLIF étant une technique de mesures habituellement utilisée pour des écoulements monophasiques (liquide ou gaz), des traitements d'images ont du être mis au point pour séparer les signaux liés aux gouttelettes de ceux émis par la vapeur. L'analyse des images de fluorescence a été réalisée en deux temps. D'abord un comptage des gouttes a permis de s'intéresser à la répartition spatiale des gouttes. Il a été mis en évidence que si les gouttes sont en moyenne bien réparties dans toute la section de la veine, les répartitions instantanées sont tout sauf homogènes, et présentent de forts écarts par rapport à une distribution purement aléatoire. On en déduit l'existence d'amas dont la taille caractéristique peut varier en fonction des conditions de l'expérience. Ce point est à considérer car un groupement de gouttes est susceptible de freiner l'évaporation en concentrant la vapeur créée. Enfin, l'étude de l'évaporation pour un cas de référence a été réalisée. L'évolution du débit massique de vapeur généré est analysée et mise en relation avec des modèles simples d'évaporation. Les fluctuations de concentrations massiques permettent également de déterminer l'efficacité du mélange en présence d'évaporation.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Bazile, Rudy
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