Une boucle fermée pour circulation d’eau est utilisée pour l’étude de l’excitation issue en aval d’un coude soumis à différentes vitesses débitantes, à savoir, 2, 5, 8 et 10 m/s. La Figure 4.1illustre les éléments principaux de cette zone d’essais, dont les conduits sont en PVC-U avec un diamètre interne 𝐷 = 100 𝑚𝑚. Une pompe centrifuge Grundfos (10) assure un débit constant dans la veine hydrodynamique et un variateur de vitesse permet d’atteindre les différentes conditions d’écoulement étudiées. Le débit est vérifié au moyen d‘un débitmètre électromagnétique Endress Hauser Promag W (9), situé en amont de la pompe. Deux cuves entourent la zone où toutes les mesures sont effectuées, dite la zone d’essais.
La cuve (1) est celle qui reçoit l’écoulement provenant de la pompe. Son rôle est d’amortir les fluctuations de pression induites par le passage des pâles (variations générées par le rotor) de la pompe et d’éliminer l’influence d’autres singularités du circuit. La cuve (2) joue le rôle d’amortisseur acoustique et isole la zone d’essais des sources acoustiques situées en extérieure, de façon à ce que le coude y soit la seule source importante. Le prin- cipe de fonctionnement de ces amortisseurs (cuves 1 et 2) s’approche de celui des résona- teurs de Helmholtz ; le grand volume d’eau présente une résonance à basse fréquence et, tout comme un système masse-ressort à un degré de liberté, il amortit les fluctuations à des fréquences supérieures à sa fréquence naturelle (pour plus de détails sur la conception de ce type d’amortisseurs le lecteur est invité à consulter Larsson (191) ou encore Axisa (65)).
D’autre part, il est aussi important d’isoler mécaniquement la zone d’essais des influences externes. Pour cette raison, ses éléments principaux sont fixés sur une table en marbre massif (4) qui repose sur des plots en caoutchouc souple (5), de façon à dés olidariser la table des éventuelles vibrations du sol (bruit de fond). Les raccords souples (6 et 8) découplent le réseau des vibrations possiblement transmises aux cuves (1 et 2) par la pompe. La pertinence de ces dispositifs est évaluée à l’aide d’une analyse modale expérimentale
(AME) de la zone d’essais, réalisée dans le but de caractériser le comportement vibratoire du banc. Les résultats de l’AME sont présentés dans la section 4.3.
L’écoulement issu de la cuve (1) est perturbé au passage du raccord souple (6) et ne représente pas l’écoulement interne turbulent développé que l’on souhaiterait obtenir dans la présente étude. Dans le but de contrôler la topologie de l’écoulement qui entre dans le coude (7), une grille homogène est placée entre le raccord souple et l e coude. Un système de support de la grille (3) permet de la remplacer facilement (3). Une longueur de 10 dia- mètres est respectée entre la grille et le coude, de façon à permettre le développement com- plet du profil de vitesses turbulent, avec une distribution homogène de la turbulence sur la section du conduit.
4.1.1 Les coudes utilisés
Le coude (7) à rayon de courbure 𝑅𝑐 = 1.5𝐷 est une pièce usinée en deux blocs comme le montre la Figure 4.2. Le matériau utilisé est le poly-méthacrylate de méthyle, connu sous le nom de PMMA. Il s’agit d’un polymère transparent souvent utilisé pour des études où l’on applique la vélocimétrie laser, dû à ses bonnes qualités optiques. Les deux blocs ont été collés ensemble selon un plan de collage vertical curviligne. Cette méthode de conception atypique a été adoptée dans le but d’éviter la présence d’un plan de joint horizontal qui pourrait gêner le passage de la nappe laser dans le cadre des mesures de vélocimétrie laser sur ce plan. La pièce assemblée possède des faces extérieures planes, ce qui permet de réduire les effets de diffraction de la lumière et du laser lors des mesures.
Deux supports connectent rigidement le coude au marbre : un support en entrée et un autre en sortie du coude, liés directement à ses brides. Un troisième support se connecte à la boîte à grilles (3). Les supports illustrés sur la Figure 4.1sont plus facilement visualisés sur laFigure 4.2 à droite. Ils sont constitués de profilés d’aluminium traversant le marbre et se fixant sur ses côtés ; des profilés plus petits se visent sur les premiers au moyen d’équerres talonnées, qui sont également utilisées pour fixer les brides carrées qui tiennent le coude. Ces brides ont été conçues spécifiquement pour tenir le coude et permettre faci- lement le démontage de la singularité tout en gardant en place les autres parties de la zone
d’essais. Des vises connectent les brides au coude en PMMA au moyen d’un ensemble de trous filetés dans sa masse.
La zone d’essais a été conçue de manière à permettre un démontage rapide du coude sans toucher aux conditions de fixation. Ceci a été prévu pour permettre l’utilisation d’un deuxième coude sans modifier les propriétés vibratoires du reste de la zone d’essais. Ce deuxième coude est une pièce commerciale en PVC, de même rayon de courbure, qui a pour but de représenter les conditions réelles de vibration retrouvées dans les applications industrielles. Puisqu’il ne permettra pas la réalisation des mesures du champ des vitesses par vélocimétrie laser, le coude en PVC sera instrumenté pour des mesures couplées de pression de paroi et de vibration qui seront comparées à celles obtenues sur le coude PMMA. L’instrumentation des deux coudes pour les mesures de pression et vibration est décrite dans la Section 4.3, qui contient également la description des essais en vélocimétrie laser sur le coude PMMA.