Étude expérimentale et modélisation de la collision de gouttelettes

• Auteur / Autrice : Jean-Philippe Estrade
• Direction : Gérard Lavergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement diphasique

Gouttes

Jets

Mots clés libres

Jet dense

Jet monodisperse

Collision de gouttes

Modélisation

Résumé

La réduction de la quantité de polluants émis dans les gaz d'échappement des systèmes propulsifs est étroitement liée à l'amélioration de la conception des moteurs. Le carburant liquide est généralement introduit dans la chambre de combustion sous forme d'un brouillard de gouttelettes. Ces dernières subissent de nombreux phénomènes physiques tels que l'évaporation, l'impact sur les parois, la pulvérisation secondaire ou la collision. Les techniques optiques de mesure de la granulométrie sont difficilement applicable aux jets denses. Pour les étudier, la simulation numérique demeure l'unique solution. Une modélisation de tous les phénomènes physiques élémentaires est alors nécessaire. Pour atteindre ce but, des expériences de base sont réalisées afin d'étudier séparément chacun des processus physiques. Dans ce contexte, un dispositif expériemntal a été conçu pour établir une base de données sur la collision de deux gouttes. Il est équipé de deux injecteurs à orifice vibrant qui produisent des jets de gouttes calibrées et régulièrement espacées (jets monodisperses). Les collisions sont visualisées par ombroscopie. Un logiciel de traitement d'images développé pour cette étude est associé au banc de mesures afin de déterminer les tailles de gouttes, leur vitesse et à leur nombre après collision. Suivant les conditions initiales avant impact, fifférents régimes de collision apparaissent comme la coalescence, le rebond, la séparation par réflexion et la séparation par étirement ou rotation. A partir de mesures expérimentales, chaque régime de collision est caractérisé par le nombre de Weber, le parmaètre d'impact, le rapport des diamètres de gouttes et le nombre d'Ohnsesorge. Des modèles de comportement des gouttes après impact sont élaborés. Ils sont implantés dans des codes de simulation de jets denses de gouttes et les premiers résultats numériques sont exposés.