Etude expérimentale de la dépressurisation rapide du C6F14 et caractéristiques du brouillard formé

Experimental study of the depressurization of C6F14 and spray characterization

• Auteur / Autrice : Clélia Desnous
• Direction : Alain Cartellier, Jean-Philippe Matas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 14/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels
• Jury : Président / Présidente : Henda Djeridi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Cartellier, Jean-Philippe Matas, Pierre Boivin, Richard Saurel, Marie Theron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Colin, Fabrice Lemoine

Mots clés

Mots clés libres

Vaporisation explosive

Front d’ébullition

Déséquilibre thermodynamique

Jet dans le vide

Anémométrie Phase Doppler

Sonde optique à détection de phase

Explosive vaporization

Boiling front

Superheat

Jet in vacuum

Phase Doppler Anemometry

Phase detection optical probe

Résumé

La vaporisation explosive, ou flashing, par dépressurisation rapide du C6F14 au travers d'une vanne à boisseau sphérique est analysée expérimentalement sur une grande plage de surchauffe. Les visualisations rapides montrent un jet s’ouvrant très largement en aval, preuve de l'existence d'un fort gradient de pression. Des mesures locales par sonde optique et par vélocimétrie phase Doppler ont permis de caractériser tailles, vitesses, concentration et flux numérique des gouttes en fonction de la surchauffe. La faible influence du degré de surchauffe sur la remontée en pression et sur les tailles et flux de gouttes suggère que le champ de pression s’adapte, et que par conséquent le liquide est soumis à une surchauffe locale bien plus faible que la surchauffe globale imposée. Différents scenarii sont discutés pour expliquer les observations, dont le fait que les tailles de gouttes sont peu sensibles à la surchauffe. Celui basé sur l’existence d’un front d’ébullition est le plus probable.

Depressurization (flashing) experiments through a ball valve were conducted with C6F14 for a large range of superheat. High-speed imaging shows a rapid and wide expansion of the jet, which evidences strong pressure gradients. Local measurements with phase detection optical probes and phase Doppler velocimetry were used to characterize size, speed, concentration and volumetric flux of drops as a function of superheat. The level of superheat has little influence on the vaporized fraction and on drop size and flux: this suggests that due to strong pressure gradients the liquid sees a much weaker level of superheat than the global superheat imposed on the system. Different scenarii are discussed to explain observations, in particular the fact that drop size remains approximately constant independent of the superheat. A scenario based on the existence of a boiling front seems to be the most consistent.