Amélioration de l'atomisation coaxiale sous pression : influence du retrait et du swirl du jet de gaz annulaire

Pressurized coaxial atomization improvement : recess and swirling annular gas jet effect

• Auteur / Autrice : Arnaud Dunand
• Direction : Jean-Louis Carreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mélange

Aérodynamique

Traitement d'images

Écoulement diphasique

Résumé

Cette étude porte sur l'amélioration des processus d'atomisation coaxiale en vue d'une application pour la stabilité d'une flamme cryogénique. La zone dense en liquide est étudiée au moyen d'une sonde à fibre optique et de PIV. Les vitesses et tailles des gouttes, obtenues par PDA et par imagerie, caractérisent la zone diluée. Le retrait favorise les transferts de quantité de mouvement gaz/liquide. Cependant, un effet non monotone est observé. Des interprétations, basées sur l'interaction entre les phases dans l'injecteur, ont été formulées. Le choix d'une géométrie optimale doit être guidé par les conditions d'injection et ambiantes. Un jet annulaire gazeux hélicoi͏̈dal entraîne, de par une dispersion accrue des structures liquides, une atomisation favorisée. L'apparition du phénomène de rupture de tourbillon modifie considérablement la morphologie du jet diphasique. Une atomisation complète du jet liquide et une inversion de la répartition des populations de gouttes sont alors observées.

This study deals with coaxial atomization processes improvement with a view to cryogenic flame stabilization. The liquid core is investigated by means of an optical fiber probe and PIV technique. Droplet velocities and diameters, obtained by PDA and tomography, characterize the dilute spray. The recess of the liquid tube promotes Gas/Liquid momentum transfers. Nevertheless, a non-monotonic effect is observed. Interpretations, based on the Liquid/Gas interaction inside the injector, are formulated and demonstrate the gas injection velocity prevalence. Therefore, the optimal geometry must be determinate with respect to the injection and ambient conditions. Thanks to structure displacement enhancement, an helical annular gas jet leads to an improved atomization. Vortex breakdown phenomenon emergence modifies, significantly, the morphology of the jet. Actually, for this amount a swirl, completed atomization of the liquid jet and inversed droplet population take place.