Avec les mesures de la sonde optique, nous disposons de quelques données expérimentales du taux de vide et de vitesse. Ces données vont être utilisées pour tenter de valider la modélisation. Dans un premier temps, on peut tirer quelques remarques concernant la structure du jet. L’ensemble des mesures a permis de mettre en évidence la dissymétrie de l’écoulement [35]. Ceci est bien illustré sur la Figure 5.12 qui représente les relevés du taux de vide sur une section transversale à différentes positions axiales.
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∴ Γ ] Γ x=40cm ∴ Γ ] Γ x=100cm ∴ Γ ] Γ x=200cm
Figure 5.12: Iso-valeurs du taux de vide.
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Cette dissymétrie des profils provient probablement d’un effet injecteur lié à la présence du coude et aussi à un certain nombre de défaut (irrégularité) géométrique à l’intérieur de la buse. On observe aussi la trace des ailettes qui tend à disparaître progressivement avec la distance x depuis l'injecteur.
Sur la Figure 5.13 est représenté l’évolution du taux de vide sur l’axe horizontal du jet à une distance de 40cm de la buse. On remarque que le taux de vide est de 0.35 pour y=0.5d, alors qu’il est de 0.7 pour y=-0.5d. Cette répartition semble d’ailleurs confirmée par l’image moyenne du jet obtenue à partir de cent images enregistrées pour la PIV (Figure 5.14). Sur cette image, on observe une zone centrale sombre, donc pauvre en bulles, et la zone de périphérie du jet avec une répartition des bulles dissemblable de part et d’autre de l’axe du jet. (Ne faudrait-il pas imputer cette différence à la cavitation plutôt qu’à la géométrie de la buse ?).
[Η ΚΡΥΛ]ΡΘ Ο ΓΞ ΜΗ ϕ [ ΦΠ 7 Ξ [ Γ Η ΨΛ Γ Η ∴ Γ
Figure 5.13: Taux de vide sur l’axe horizontal axe du jet à x=40cm.
Figure 5.14: Image moyenne du jet pour x allant de 37 à 45 cm.
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Chapitre 6
La monosonde
6.1 Introduction
Pour caractériser la zone dispersée du jet, nous avons utilisé une monosonde optique aimablement fournie par le LEGI1. Le principe de fonctionnement de cette
sonde est identique à celui de la bisonde optique, il repose sur le changement d’indice optique entre les deux phases en présence. Les travaux menés au LEGI [28] ont permis d’étendre les capacités d’une monosonde à la mesure de la vitesse et de la taille des inclusions. Initialement utilisées pour la détection des bulles à l’intérieur d’un jet d’eau, ces sondes ont été par la suite utilisées pour la détection des gouttes. Pour cela, il a fallu adapter les procédures de traitement du signal délivré par la sonde en prenant en compte les particularités des transitions liquide/gaz [29].
Figure 6.1 : Monosonde optique.
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6.2 Principe de fonctionnement
La mesure de la vitesse est basée sur le temps d’assèchement de la zone sensible de la sonde. Il correspond à la durée de la transition liquide-gaz 70 et, est inversement proportionnel à la vitesse d’interface. Un étalonnage préalable de la sonde a été réalisé au LEGI pour connaître la corrélation entre le temps de montée
0
7 et la vitesse d’interface, pour plus d’informations sur la procédure d’étalonnage se reporter à l’annexe III.
6.3 Analyse du signal
Pour l'acquisition du signal délivré par la sonde, nous avons utilisé une carte PCI- 6111E de National Instruments (Driver NI-DAQ) avec fréquence d'échantillonnage maximum de 5MHz. Les logiciels permettant l'acquisition et le post traitement ont été fournis par le LEGI ainsi que la monosonde. Le signal acquis était traité en différé pour chaque position.
Sur la Figure 6.2, une partie du signal délivré par la sonde et sur laquelle ont été portés les points utilisés dans l’analyse du signal.
Figure 6.2: Allure du signal délivré par la sonde optique.
• On découpe le signal en un certain nombre d’événements, chacun correspondant au passage d’une goutte. On effectue un premier balayage du signal basé sur les niveaux de référence de la phase gazeuze 9∗ et de la
phase liquide 9/ . Ces deux niveaux représentent les deux maximums de l’histogramme des tensions du signal acquis. Une goutte est détectée en P1 à chaque fois que l’amplitude du signal est inférieure à
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9 9 & 9
93 = ∗ − / ∗ − / , avec C
L1=0.2. La fin de l’événement est marquée
par le début de la détection de la goutte suivante en P2. • Pour chaque portion du signal comprise entre les points P
1 et P2, on réalise
une caractérisation du signal en déterminant les paliers locaux de chaque goutte détectée, à savoir: les niveaux locaux liquide VL et gaz VG1 (antérieur) et VG2 (postérieur).
• Par la suite, un second balayage tente de distinguer les plus fines gouttes, oubliées lors du premier balayage, en les discernant du bruit du niveau gaz VGB. Cette fois, la détection est basée sur les nouveaux niveaux locaux déterminés dans la phase précédente (VG2 et VL).
• Le point A correspond à l’entrée de la sonde dans la goutte: 9
9 & 9
9∃ = ∗ − 6 ∗ − / , avec CS1=0.2. Le point B correspond à la sortie de la
pointe de la sonde de la goutte, il se situe idéalement juste après le palier liquide avec VB=VL+CS2(VG2-VL) et CS2=0.1. Le temps de présence de liquide TL correspond à la durée de la corde, c’est à dire la durée du passage de la goutte sur la sonde, 7/ =7%−7∃.
• L’écart entre les points C et D donne accès à la durée de transition T
M qui
représente le temps de séchage (ou temps de perçage de l’interface dans le sens du liquide vers le gaz). Ces deux points sont identifiés par les seuils
9 9 & 9
9&= / + & ∗ / et 9∋ =9/ +&∋ 9∗ 9/ avec CC=0.1 et CD=0.6.
• La vitesse est directement déduite de la relation 9 Ι 7
0
= grâce à la courbe
d’étalonnage de la sonde. La vitesse n’est évaluée que si le signal de la phase liquide descend jusqu’à un niveau inférieur à 9∗ −&9 9∗ −9/ , où le
coefficient CV est pris par défaut égal à 0.5.
L’analyse du signal délivré par la monosonde permet d’obtenir : 1- Le temps de présence liquide 7/Λ, de la goutte i.
2- Le taux de présence liquide
ƒ
= = 1 Λ /Λ 7 7
73/ . La sommation porte sur les N
gouttes détectées pendant la durée totale de mesure
7
. 3- Le temps de montée 4−Ι de chaque goutte détectée.4- La vitesse de chaque goutte i, en utilisant la courbe d’étalonnage : Ε 0Λ
Λ 7
9 = .
5- La corde Ci : & =Λ 9Λ7/Λ et ainsi déduire la distribution des cordes P(C).
Pour la suite du post traitement, un passage direct corde-diamètre est réalisé, ce qui revient à dire que la distribution des tailles détectées, Pd(R), est directement confondue avec la distribution des cordes, P(C). D’après [7], la distribution Pd(R) diffère de la distribution des tailles de gouttes réelles, P( R ), puisqu’il y a une plus grande probabilité de détection des grandes gouttes. Il propose de corriger les distributions détectées Pd(R) et de déduire la distribution P(R) à partir de la relation suivante : CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Γ Γ Γ5 5 5 3 5 5 3 5 3 − ÷ ≠ • ♦ ♥ ♣ =
≥
(6.1)Le calcul de la distribution des tailles P(R) permet de calculer le diamètre arithmétique d10 et le diamètre de Sauter d32 pour tous les points de mesure.