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Thèse soutenue

Atomisation d'un film liquide mince par action combinée des instabilités de Kelvin-Helmholtz et de Faraday : application aux injecteurs aérodynamiques des turbomachines aéoronautiques

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Auteur / Autrice : Marie Lalo
Direction : Alain Cartellier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Dynamique des fluides
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007)

Résumé

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Les moteurs aéronautiques équipant avions et hélicopteres requièrent une sécurité sans faille, l'application de normes sur la réduction des émissions polluantes établies dans le protocole de Kyoto, tout en maintenant des coûts compétitifs à la realisation aussi bien qu’à la maintenance. Le respect de ces contraintes est étroitement lié à la qualité de la combustion, elle-même dépendante de la capacité des systemes d'injection à former un brouillard de gouttes de carburant aussi fin et homogène que possible. Cependant les principes physiques (instabilités de cisaillement) exploités sur les injecteurs aérodynamiques actuellement en service ne permettent pas d'assurer la qualité de pulvérisation exigée à tous les régimes de fonctionnement de l'appareil, particulierement aux bas régimes qui correspondent typiquement à des vitesses d’air inférieures à 30-40m/s. C'est pourquoi la mise au point d'un nouveau systeme d'injection capable de fonctionner efficacement sur une large plage de conditions d’écoulement s’avère nécessaire. Le travail de these s’inscrit dans cette problématique, avec pour objectifs de proposer et de valider un nouveau concept d’injecteur couplant aux instabilités de cisaillement un second mécanisme instable efficace lorsque l'écoulement aérodynamique est faible ou inexistant. La solution retenue consiste à soumettre un film liquide mince s'écoulant sur une paroi à une excitation dirigée perpendiculairement à l'interface air/liquide à l'aide d'un actionneur. Cette excitation produit en surface une instabilité de Faraday qui est à l'origine de la formation de gouttes dont les caractéristiques de tailles et de flux sont directement liées aux paramètres de l'excitation (fréquence et amplitude d'oscillation). Le travail comprend dans un premier temps une étude des instabilités naturelles liées au cisaillement entre l'air et le liquide (Kelvin-Helmholtz) et de l'atomisation résultante. Dans un second temps une étude de l'actionneur et de l’effet de l'excitation sur l‘interface du film et sur la production de gouttes en surface a été effectuée.