Etude et développement d'actionneurs electrohydrodynamiques pour le contrôle des écoulements : application à l'atomisation des nappes liquides

Study and development of electrohydrodynamic actuators for flow control. Application on the atomization of liquid sheets

• Auteur / Autrice : Michel Daaboul
• Direction : Hubert Romat, Christophe Louste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couche limite -- Contrôle

Électrofluidodynamique

Atomisation

Actionneurs

Vélocimétrie par images de particules

Résumé

Ce travail porte sur le contrôle électrohydrodynamique (EHD) des écoulements et plus particulièrement sur la mise au point d'une méthode de visualisation ainsi que sur le développement d'actionneurs. Dans une première partie, une analyse bibliographique rappelle les principes fondamentaux de l'EHD. Dans le deuxième chapitre, la méthode de vélocimétrie par image de particules (PIV) est adaptée au cas des écoulements EHD. La validité des mesures PIV en présence d'un champ électrique est analysée sur un écoulement de référence : le panache chargé bidimensionnel. Ensuite, dans le troisième chapitre, deux actionneurs utilisant deux techniques différentes d'injection sont examinés. Le premier actionneur étudié est basé sur la configuration lame-plan. La comparaison du jet 2D plan obtenu avec différents écoulements classiques de la mécanique des fluides permet de souligner les particularités du système. Les résultats obtenus permettent d'envisager des applications dans l'industrie aérospatiale. Le second actionneur utilise l'injection à barrière diélectrique. L'étude du comportement à l'aide de la méthode PIV a montré que le flux induit se comporte principalement comme un jet de paroi. Dans le chapitre quatre, l'actionneur est ensuite placé dans un injecteur afin d'obtenir la pulvérisation d'une nappe de carburant. Les différents paramètres testés montrent l'efficacité de la méthode. En conclusion, les deux actionneurs EHD ont montré leurs capacités à agir sur un liquide. Cette technique a été appliquée avec succès à la pulvérisation d'une nappe de carburant. Elle est particulièrement intéressante en aéronautique dans le cas où un écoulement externe d'air ne peut être utilisé.

This work is a study of the electrohydrodynamic (EHD) control of fluid flows, more particularly, an adaptation of a visualization method and the development of EHD actuators. In a first part, the general points of the EHD principles are presented. Then, the Particle Image Velocimetry (PIV) method is adapted on EHD flows. Its validity is discussed in the presence of an electric field and analyzed on a typical EHD flow: the two-dimensional charged plume. Afterwards, in the third part, two actuators using two different injection techniques are examined. The first actuator is based on the blade-plate geometry. The comparison of the generated 2D jet with classical fluid mechanics flows underlines the advantages of the system. The results obtained with this actuator allocate several applications in the aerospace industry. The second actuator uses the dielectric barrier injection. The study of its behavior with the PIV method has shown that the induced flow is similar to a wall jet. In the fourth chapter, an EHD actuator is embedded in a fuel injector in order to pulverize a liquid sheet. The tested parameters show the efficiency of this method. In conclusion, both EHD actuators have shown their ability to act on a liquid. This technique was applied on the atomization of a fuel liquid sheet. It is particularly interesting in aeronautics in the case where an external air flow cannot be applied.