Champ d’observation et procédure d’acquisition

recombinés à l’aide d’un second miroir dichroïque, puis traversent une dernière lentille cylindrique formant les deux nappes laser superposées.

Le jet s’épanouit dans une enceinte carrée en plexiglas de 30cm de côté (8), soit 86 fois le diamètre du jet (Dj = 3,5 mm), ce qui est suffisamment large pour éviter les effets de confinement. On retrouve en (9) l’enceinte inoxydable illustrée à la section 2.2 avec la configuration de jet de tube. L’ensemencement extérieur en particules d’huile d’olive est acheminé à l’aide de deux tuyaux perforés enroulés autour de la buse et posés sur l’enceinte inoxydable afin d’en optimiser au mieux l’homogénéité.

(a) (b)

2.3.3.2. Champ d’observation et procédure d’acquisition

Des essais préliminaires avec différents objectifs (50mm, 75mm, 100mm et 200mm) ont conduit à opter pour un objectif de 200mm. En effet, le champ obtenu avec celui-ci est de 22 x 22mm², ce qui permet d’observer les structures fines de l’écoulement. La résolution des images PIV et PLIF est donc de 10,74µm pixel-1, ce qui représente un fort gain de résolution comparé aux travaux précédents de Ducasse (2012) puisque la résolution était de 36,62µm pixel-1.

Les acquisitions de données sont réalisées à l’aide du logiciel DynamicStudio (Dantec

Dynamics) grâce à deux cartes National Instrument NI-PCI 6602. Un boîtier de synchronisation piloté

par le logiciel est utilisé afin de synchroniser le laser, les caméras, l’intensificateur et l’ordinateur. Ce système d’acquisition permet également d’effectuer le post-traitement des images PIV par « adaptative PIV » avec des fenêtres de 32 x 32 pixels et un recouvrement (horizontal et vertical) de 50%, ce qui représente un vecteur tous les 172µm environ. Tous les vecteurs faux et recalculés par le logiciel ont été exclus lors des analyses statistiques. Concernant la PLIF, la résolution est au pixel, mais il faut prendre en compte que l’utilisation de l’intensificateur de lumière ne permet pas d’obtenir un champ complet, tous les coins des images sont inutilisables (cf. section 3.2). Comme mentionné dans la section 2.3.1.3, le nombre d’acquisition d’images est de 4000 dans le but d’améliorer les statistiques des mesures réalisées.

Figure 11 - Effet du filtre passe-bas sur les mesures PLIF : (a) sans filtre, (b) avec filtre passe-bas 532nm.

26 Le choix d’un champ d’observation de 22mm de côté a rendu complexe l’acquisition des images. Le but est d’obtenir des informations couplées vitesse-concentration, de la sortie de la buse jusqu’à la région dite « auto-similaire », soit environ 30DR ; cela représente ici plus de 100mm de hauteur. Pour collecter les informations sur le jet dans toute cette zone, un protocole a été établi et est présenté sur la Figure 12. Le premier champ acquis a permis de déterminer, approximativement, l’épanouissement du jet et donc le nombre de champs différents à effectuer, soit 9 puisqu’en effet, au-delà de 5Dj on choisit d’analyser seulement la moitié du jet étant donné son axisymétrie. En sortie de buse, le jet intégral a pu être acquis, ce qui a permis la réalisation des validations préliminaires, en particulier sur son axisymétrie. Un recouvrement entre chaque champ (aussi bien vertical qu’horizontal), de l’ordre de 20%, soit 4mm, a été choisi dans le but de pouvoir reconstruire au mieux l’intégralité du champ. Cette procédure a pu être mise en place en équipant tout le banc expérimental de déplacements 3D motorisés ou mécaniques, d’un côté sur le bloc laser et optique, et de l’autre sur le bloc caméras. Un système de mire (Figure 13) a permis de se repérer entre chaque déplacement et ainsi connaitre et ajuster l’erreur d’alignement, que ce soit au moment même des acquisitions ou par la suite lors des traitements de données, pour obtenir des réglages de couplage les plus précis possibles. La zone de recouvrement utilisée est représentée par les hachures jaunes. Un déplacement de 18mm est donc nécessaire entre chaque acquisition (horizontalement et/ou verticalement selon le cas) pour garder les 4mm de recouvrement. Lors des acquisitions, le champ n°5 a été exclu pour obtenir un gain de temps, de mémoire et de consommation de gaz et d’acétone car l’information récupérée

(1) (2) (3) (5) bloc de 22 x 22mm² recouvrement des champs épanouissement du jet axe de symétrie du jet (4) (6) (8) ⁽⁹⁾ (7)

27 était trop faible pour justifier son acquisition. Pour réaliser un champ complet, il a donc fallu procéder à 8 acquisitions différentes de 4000 paires d’images.

(a) (b)

Une dernière étape a consisté, comme présenté par Charonko (2017) ou Sarathi (2011), à réaliser du « binning » sur les images PLIF instantanées acquises avant tout post-traitement. Cette phase a été mise en place dans le but de réduire la taille des images, initialement en 2048 x 2048 pixels, en 128 x 128. En effet, la procédure d’analyse des champs PIV a fixé un vecteur tous les 16 pixels, il a donc été décidé de réaliser cette étape de binning puisque l’information au pixel près présente en PLIF ne l’est pas en PIV. La Figure 14 montre l’impact de ce protocole de binning sur les images PLIF. Nous pouvons constater que les profils issus des images initiales, résolues au pixel, sont beaucoup plus bruitées que les images recalculées et redimensionnées en 128 x 128 pixels. En effet, cette procédure de binning permet de moyenner les informations sur des boîtes de 16 x 16 pixels. Dans certaines conditions comme par exemple sur une mesure de champ de concentration simple, le binning implique une perte de l’information, mais pour notre cas d’étude du couplage PIV-PLIF, l’information reste relativement cohérente pour des mesures couplées du fait de la normalisation identique des images PIV et PLIF.

Figure 13 - Exemple de mire permettant la transition d’un champ d’observation à un autre : (a) champ avec mire en position initiale, (b) champ avec mire en position suivante.