Caractérisations théorique et expérimentale des jets supersoniques libres : modélisation du couplage entre les relaxations translationnelle et rotationnelle et mise au point d'une méthode de détermination de la masse volumique par tomographie laser

Experimental and theoretical study of free jet expansion : development of laser beam deviation tomography coupling between translational and rotational relaxations

• Auteur / Autrice : Mireille Carlier-Cohat
• Direction : Marie-Yvonne Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Azote

Théorie du transport

Tomographie

Mots clés libres

Jet supersonique libre

Relaxation rotationnelle

Diagnostic laser

Résumé

Ce travail est consacré à la mise au point de deux outils permettant d'accéder à une meilleure connaissance de la détente en jet supersonique libre. La tomographie par déviation de faisceau laser est d'une part étudiée et appliquée à la reconstruction locale de la masse volumique dans l'écoulement produit par l'interaction de deux jets d'axes parallèles. La méthode est caractérisée. Les erreurs de reconstruction sont analysées; les influences de l'échantillonnage et de la largeur du faisceau sont en particulier discutées. Les limites de la méthode, la précision et la résolution spatiale sont indiquées. La reconstruction de cartes 2D de masse volumique au voisinage de la tuyère montre que l'interaction produit un jet secondaire borde par des chocs obliques, dont la position et la forme sont déterminées. A partir d'une certaine distance du plan d'éjection, la masse volumique le long de l'axe Ox du jet secondaire décroit comme l'inverse du carré de la distance à la tuyère. Le rapport de la masse volumique sur l'axe Ox et de la masse volumique dans les conditions génératrices dépend peu de la pression génératrice et du rapport de pression. Une loi de similitude donnant l'évolution de la masse volumique le long de l'axe Ox est proposée. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats d'un modèle fondé sur le calcul de traversée d'un choc oblique. Le couplage entre les relaxations translationnelles et rotationnelles est, d'autre part, modélisé. L’évolution des grandeurs macroscopiques au cours de la détente est déterminée à l'aide de la méthode des moments de l'équation de Boltzmann. Le modèle prend en compte le déséquilibre rotationnel et le déséquilibre interne au mode translationnel, décrit par l'écart entre les températures parallèle et perpendiculaire. Le formalisme est applique à la détente d'un mélange de gaz monoatomique et diatomique. L’accent est porté sur l'analyse des différentes hypothèses sous-jacentes au calcul et sur la modélisation de la relaxation rotationnelle. L’importance du couplage entre les deux phénomènes de relaxation est soulignée