Écoulements supersoniques hors équilibre

par Jean-Charles Mombo-Caristan

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Martin.

Soutenue en 1989

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Diverses techniques non intrusives de diagnostics laser sont étudiées et appliquées aux mesures de grandeurs macroscopiques et microscopiques locales, dans les jets supersoniques libres (JSL) axisymétriques. La technique de déviation de faisceau laser, couplée à l'inversion mathématique d'Abel, permet, dans une expérience totalement automatisée et pilotée par ordinateur, de mesurer des densités locales dans des JSL d'argon (Ar) et d'azote (N2), y compris dans l'onde de choc latérale et le disque de Mach. Des comparaisons avec des résultats de calculs résultant de la méthode à trois caractéristiques, montrent un accord satisfaisant. Cette technique s'avère être une bonne méthode de diagnostic de défauts de fabrication de tuyère. Des expériences d'émission Raman spontanée intra-cavité et d'absorption infra-rouge permettent de mesurer des populations rotationnelles locales dans des JSL de monoxyde de carbone (CO) plus ou moins dilué dans de l'hélium (He); des distributions hors équilibre sont mises en évidence pour certaines conditions génératrices. Dans le cadre d'un projet de laser ultra-violet de transfert d'énergie vibration-électronique CO/NO, des expériences de tube à chocs suivi d'une détente supersonique en tuyère, sont effectuées ; un code de calcul numérique couplant les équations de mécanique des fluides non visqueux en écoulement quasi monodimensionel aux équations de cinétiques des échanges vibration-vibration (V-V) et vibration-translation (V-T) est mis au point. Des résultats numériques, pour des écoulements supersoniques de mélanges de CO et Ar, prédisent les distributions vibrationnelles hors équilibre observées expérimentalement par plusieurs auteurs de la littérature scientifique. L'influence de la géométrie de la tuyère et des conditions génératrices sur le degré d'excitation vibrationnelle en fin d'expansion est discutée. L'oxyde nitrique (NO) est injecté en fin de détente dans la tuyère ; les collisions inélastiques entre CO excité vibrationnellement et NO, produisent NO excité électroniquement. Le gain laser et l'intensité laser de la bande de transition électronique β de NO, sont évalués dans la zone de la cavité laser située en aval des injecteurs de NO.

  • Titre traduit

    Non equilibrium supersonic flows


  • Résumé

    Various non-intrusive laser diagnostic techniques are studied and applied to local measurements of microscopic and macroscopic variables in axisymetric Supersonic Free Jets (SFJ). A fully automatic computer driven laser deviation technique, coupled with Abel inversion mathematical technique, leads to local measurements of mass density in SFJ of Argon (Ar) and Nitrogen (N2), including the lateral shock and the Mach disk. Comparison with numerical calculation resulting from the method of three characteristics, yields satisfactory agreement. This experimental non-intrusive method is a good diagnostic technique of nozzle fabrication defects. Intra-cavity laser spontaneous Raman emission experiments and laser infrared absorption experiments are conducted for local rotational population measurements in SFJ of carbon monoxide (CO) diluted in helium (He). They lead to non-equilibrium rotational populations distribution for certain stagnation conditions. As part of a CO/NO vibration to electronic (V-E) energy transfer laser project. Supersonic shock tunnel experiments are conducted; a computer numerical code coupling fluid dynamics inviscid equations for quasi monodimensional flows, to vibration to vibration (V-V) and vibration to translation (V-T) kinetic equations is written. Numerical results for flows of CO and Ar mixtures, predict the non equilibrium V-V pumped vibrational populations distribution of CO, observed experimentally by different authors in the scientific litterature. Nozzle geometry and stagnation conditions influences on the clown­ stream vibrational populations distribution are deduced and discussed. Nitric Oxide (NO) is injected downstream the nozzle ; inelastic collisions between vibrationally excited CO and NO is expected to yield electronically excited NO. Predicted NO β band laser gain and intensity are evaluated in the optical cavity downstream the NO injectors.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (148 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(1989)371
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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-035646
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