Caractérisation par méthode optique des débordements d'eau de pluie sur les vitres latérales d'un véhicule automobile

Rain water overflow characterization by optical measurement on car side windows

• Auteur / Autrice : Charles Ribes
• Direction : Jacques Borée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Automobiles

Aérodynamique

Fluorescence

Pluie

Résumé

Les débordements d'eau de pluie sur les vitres latérales d'un véhicule automobile représentent un facteur dégradant de la sécurité et du confort de conduite. La résolution de cette problématique nécessite de nombreuses études en soufflerie et le développement d'outils de simulation performants est encore nécessaire. L'objet de cette thèse est d'étudier le comportement de l'eau de pluie s'écoulant sur le pare-brise, le montant de baie et les vitres latérales de corps simplifiés et de véhicules réalistes, à travers des mesures en soufflerie et des simulations numériques. Une méthode optique de mesure des épaisseurs de film liquide par fluorescence induite et un protocole d'essais industriels en soufflerie échelle 1 ont été développés. Une base de données expérimentales est construite avec un contrôle strict des conditions aux limites pour étudier les paramètres prépondérants : - géométrie de la zone de débordement (gorge de pare-brise, décroché de montant de baie) et son influence sur le champ aérodynamique local et sur le drainage de l'eau ; - vitesse du véhicule ; - débits d'eau liés à l'intensité de la pluie ; - influence des effets de surface. L'analyse combinée de ces données et des résultats de calculs du champ aérodynamique permet de mettre en évidence les principaux mécanismes du débordement (écoulement en gorge et sur un décroché) et du cheminement de l'eau de pluie sur la vitre latérale. La comparaison des données expérimentales avec les résultats issus d'un modèle à une équation de film liquide surfacique permet de mettre en évidence les lacunes de cette modélisation. Des pistes d'amélioration du processus de simulation numérique sont proposées.

Overflow of rain water on side windows of a car leads to a degradation of the driving security and comfort. A lot of wind tunnel studies are necessary to avoid this phenomenon, and further developments of numerical simulation tools are still needed. In this thesis, we study the way rain water flows over the windshield, the A-pillar and the side windows of simplified bluff bodies and realistic cars through wind tunnel tests and numerical simulations. An optical measurement method for liquid film thickness based on induced fluorescence and an experimental protocol for full-scale wind tunnel tests were developed. An experimental data base is build with strictly controlled boundary conditions to study the most important parameters: - overflow zone's geometry (windshield gutter and A-pillar's shape) and its influence on local aerodynamic field and on water draining, - car's velocity, - water fluxes linked to rain intensity, - surface effects influence. A combined analysis of those results with aerodynamic simulations brings to light the main mechanisms of overflow (flow in the gutter and on the A-pillar) and water paths on the side windows. The comparison of the experimental data with results from a one equation surface film model enables to underline the lack of efficiency of this kind of modeling. Then ways of improvement of the simulation process are suggested.