Vitesse des particules 67

Les vitesses de projection et les profils de distribution des vitesses permettent d’étudier la cinématique des particules dans le jet de mortier projeté à basse

vitesse. Le Tableau 3.14 présente donc les images enregistrées pour les six

segments à analyser pour calculer les vitesses des particules : la lance no.1 et la lance no.2 à un débit d’air de 3, 5 et 11 CFM.

Tableau 3.14 : Images enregistrées pour le calcul des vitesses

Débit

(CFM) Lance no.1 Lance no.2

3 (faible)

Tableau 3.14 (suite) : Images enregistrées pour le calcul des vitesses

Débit

(CFM) Lance no.1 Lance no.2

5 (moyen)

11

(élevé)

Ces images attribuées à chaque segment proviennent d’une série de 500 photographies, enregistrées à l’aide d’une caméra haute vitesse et traitées par le logiciel d’analyse d’image Proanalyst®.

Afin de calculer la vitesse d’une lance à un débit d’air donné, un total de 70 particules est sélectionné dans le jet de matériau à une distance de 30 cm de la lance pour représenter le plus fidèlement possible la cinématique des particules. La distance d’analyse correspond à la distance maximale permettant d’obtenir une mise en place adéquate du matériau. Chaque particule est donc suivie via une dizaine de points expérimentaux afin de tracer leur trajectoire de projection en fonction de leur position par rapport à la lance. La Figure 3.18 présente un exemple du plan de traçage des particules dans le jet de projection pour réaliser le calcul de vitesse moyenne.

Figure 3.18 : Exemple d'un plan de traçage des particules

La position d’une particule est définie par sa hauteur (y) dans le jet de matériau et par la distance parcourue (x) à la sortie de la lance. L’origine des axes est à la sortie de la lance, au centre de l’orifice (Bérubé, 2018). En fonction des coordonnées de ces particules, l’analyse d’image permet le calcul des vitesses de projection. En effet, en ordonnant les coordonnées en fonction de leur position (y), sept boîtes sont créées pour assembler 10 vitesses en fonction de leur position (y) (Figure 3.19).

Figure 3.19 : Boîtes de vitesses et sélection des cinq vitesses maximales

Une vitesse axiale maximale moyenne est calculée par la moyenne des cinq vitesses maximales présentes pour chaque boîte. L’ensemble des vitesses axiales maximales moyennes est ensuite représenté en graphique pour illustrer le profil de la distribution des vitesses dans le jet de projection. Le profil représente la distribution des vitesses au sein du jet de matériau selon la hauteur (y), en fonction de l’axe de la lance et de la distance parcourue (x) à la sortie de l’orifice. Comme mentionné, chaque point représente la moyenne de cinq vitesses maximales. En effet, le calcul de la moyenne de cinq vitesses maximales semble décrire plus fidèlement la distribution des vitesses et se rapproche davantage des conditions réelles auxquelles sont exposées la majorité des particules de matériau lors d’une projection, en tenant compte des effets 3D non capturés (Bérubé, 2018).

3.7.1. Profil de la distribution des vitesses

Le profil de vitesse associé à la lance no. 1 à 5 CFM est présenté à la Figure 3.20 et celui associé à la lance no.2 à 11 CFM est présenté à la Figure 3.21.

Figure 3.20 : Profil de vitesses de la lance no.1 à 5 CFM (30 cm)

Le profil de vitesse obtenu avec la lance no.1 à un débit de 5 CFM est distribué sur une distance verticale de 130 mm approximativement. À une distance de 30 cm de l’origine, les vitesses maximales sont concentrées au centre de la distribution atteignant des vitesses de l’ordre de 4,5 m/s, tandis que les celles présentes en périphérie du jet sont plus lente d’environ 1 m/s par rapport au centre.

Figure 3.21 : Profil de vitesse de la lance no.2 à 11 CFM (30 cm)

Le profil de vitesse obtenu avec la lance no.2 à un débit de 11 CFM est distribué sur une distance verticale de 140 mm approximativement. À une distance de 30 cm de l’origine, la distribution des vitesses est autour de 2,5 m/s. Il n’y a aucune concentration des vitesses maximales au centre de la distribution, tel qu’il est observé avec la lance no.1. Cependant, les particules regroupées au point -80 mm semblent plus lentes de 1 m/s par rapport au reste de la distribution.

Le profil de vitesse est représenté uniquement pour la lance no.1 à un débit à 5 CFM et pour la lance no.2 à un débit de 11 CFM, puisqu’ils sont les combinaisons qui sont les plus couramment utilisées dans l’industrie. En plus, elles présentent les résultats les plus convaincants en termes de mise en place et de distribution des vitesses pour être utilisées à des fins de travaux de réparation.

3.7.2. Résultats sur les vitesses des particules

Les résultats des calculs des vitesses obtenus à l’aide du logiciel de traitement d’images Proanalyst® sont présentés au Tableau 3.15. La vitesse axiale moyenne

représente la moyenne de toutes les vitesses calculées dans le jet de matériau. La vitesse axiale à 3 CFM pour la lance no.2 n’a pas pu être calculée en raison des données inexploitables (voir l’image associée à cette combinaison au Tableau 3.14).

Tableau 3.15 : Vitesses axiales au centre du jet de mortier projeté à basse vitesse

_{Lance no. 1} Lance no. 2

Débit d'air (CFM) Vitesse axiale moyenne (m/s) Vitesse axiale maximale moyenne (m/s) Vitesse axiale moyenne (m/s) Vitesse axiale maximale moyenne (m/s) 3 (faible) 2,7 2,9 - - 5 (moyen) 3,7 4,5 1,0 1,1 11 (élevé) 6,6 7,7 1,8 2,6

La lance no.1 obtient des vitesses moyennes axiales maximales variant de 2,9 à 7,7 m/s, tandis que la lance no.2 obtient de vitesses de l’ordre de 1,1 et 2,6 m/s. Un changement d’équipement peut engendrer un gain de vitesse considérable. En effet, il est possible d’obtenir une vitesse trois fois plus élevée dans un même procédé pneumatique par le changement de lance.