Contribution à la compréhension de l'évaporation de gouttes de combustible bi-composant à l'aide de méthodes optiques, Contribution to the understanding of bi-component fuel droplets evaporation using optical diagnostics

De
Publié par

Sous la direction de Fabrice Lemoine
Thèse soutenue le 23 octobre 2007: INPL
Des diagnostics optiques non-intrusifs sont développés afin d’améliorer la compréhension des phénomènes d’évaporation de gouttes de combustible multicomposant. La configuration simplifiée retenue est un jet linéaire de gouttes monodispersées. L’évaporation est réalisée soit à la température ambiante, soit à des températures plus élevées de l’ordre de 500°C. Le combustible utilisé est composé d’éthanol et d’acétone, dont les volatilités sont très différentes. Deux nouvelles techniques de mesures fondées sur la Fluorescence Induite par Laser (LIF) ont été développées au cours des ces travaux. La première, la LIF à trois couleurs permet de mesurer la température moyenne de gouttes binaires. La deuxième exploite la fluorescence émise par l’acétone excitée par un rayonnement laser à 266 nm afin de déterminer la composition instantanée du mélange. Les résultats expérimentaux ont été comparés à un modèle à composants discrets utilisant une approche 1D quasi-stationnaire
-Multicomposant
-Température
-Composition
-Fluorescence induite par laser
-Gouttes
-Diagnostics optiques
-Evaporation
Non intrusive optical diagnostics are developed to investigate the mechanisms governing multicomponent droplets evaporation. The case of periodically and linearly arranged monodisperse droplets is considered in these experiments. Droplets are injected either at ambient temperature or into a hot air plume at about 500°C. The fuel mixture is made of ethanol and acetone, which exhibit very different volatilities. Two techniques based on Laser Induced Fluorescence (LIF) have been developed to investigate heat and mass transfers. The first one, the three colours LIF allows obtaining the average temperature of binary droplets. The second one used the fluorescence of acetone excited by an UV laser (266 nm) in order to quantify the acetone molar fraction. Finally, measurements are compared with a numerical model that is derived from a discreet component approach and the assumption of 1D quasi-steady evolution of the gas phase
-Multicomponent
-Temperature
-Composition
-Induced laser fluorescence
-Droplets
-Optical diagnosis
-Evaporation
Source: http://www.theses.fr/2007INPL071N/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
Lecture(s) : 91
Nombre de pages : 162
Voir plus Voir moins


AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm


EcoleoctoraleMMA

THÈSE

Présentéepour’obtentionuradee

Docteure’Institutationalolytechniqueeorraine

Spécialitéécaniqueetnergétique

Par

ChristopheAQUA

Contributionàlacompréhensiondel’évaporationde
gouttesdecombustiblebi(composantàl’aidedeméthodes
optiques.

Soutenuepubliquemente3ctobre007evantaommission’examenomposéee

Rapporteurs M.ergeiAZHIN Professeur,niversitée+righton,right on
M.ameronROPEA Professeur,UD,armstadt
Examinateurs M.érardREHAN* Directeureecherche,CNRS,ouen
M.rédéric0RISCH Maîtreeecherche,NERA,alaiseau
M.érardLAVERGNE Directeureecherche,ONERA,oulouse
M.abriceLEMOINE Professeur,NSEM,Nancy
Invité M.ichelLEBOUCHE Professeur,HP,Nancy
*résidentujury



Laboratoire’Energétiqueteécanique.héoriquetppliquée
CNRS*MR563
2,venueea2orêteHayeBP60
54504andoeuvre=Les=Nancy
Présidentdujury:

GérardGréhan,Directeurderecherche,CNRS
LESP,UMR6614/CORIA=CNRSUniversitéetINSAdeRouen
Avenuedel’Université,BP12
76801SaintEtienneDuRouvray
France
Tél:+33(0)232953629
Mél:gerard.grehan@coria.fr

Rapporteurs:

SergeiSazhin,Professeur,UniversitédeBrighton CameronTropea,Professeur,TUD
SchoolofEngineering FachgebietStrömungslehreund
UniversityofBrighton Aerodynamik
Cockcroftbuilding,Lewesroad TUD
Brighton,BN24GJ Petersenstraße30
UnitedKingdom 64287Darmstadt
Tél:+44(0)1273642677 Germany
Mél:S.Sazhin@brighton.ac.uk Tél:+49(0)6151162854
Mél:ctropea@sla.tu=darmstadt.de

Examinateurs:

FrédéricGrisch,Maîtrederecherche,ONERA GérardLavergne,Directeurderecherche,ONERA
ONERA/DMPH ONERA/DMAE
FortdePalaiseau AvenueEdouardBelin
91761Palaiseaucedex 31055Toulouse
France France
Tél:+33(0)169936176 Tél:+33(0)169936176
Mél:frederic.grisch@onera.fr Mél:frederic.grisch@onera.fr

Directeurdethèse:

FabriceLemoine,Professeur,ENSEM
LEMTA
2AvenuedelaForêtdeHaye
BP160
54504VandoeuvrelesNancy
France
Tél:+33(0)383595732
Mél:Fabrice.lemoine@ensem.inpl=nancy=.fr

Invité:

MichelLebouché,Professeur,UHP
LEMTA
2AvenuedelaForêtdeHaye
BP160
54504VandoeuvrelesNancy
France
Tél:+33(0)383595608
Mél:Michel.lebouche@ensem.inpl=nancy=.fr





















Aa(emme…







Remerciements

Jetiensàexprimermagratitudeàtouteslespersonnesquiontcontribuéaubondéroulement
deettehèse
ueinuLEMTA.

Je tiens à remercier Fabrice Lemoine, Professeur à l’EN SEM, de m’avoir intégré dans son
équipe pour réaliser cette thèse. Je le remercie pour son sout ien et la confiance qu’il m’a
portée.esonseilstesntuitions’ontbeaucoup
idésurantesrois
nné es.

Merci aux personnes qui ont accepté de juger mon travail, Serg ei Sazhin, Professeur à
l’université de Brighton, Cameron Tropea, professeur à l’Universi té Technologique de
Darmstadt, Gérard Gréhan, directeur de recherche au CNRS à R ouen, Gérard Lavergne,
directeur de recherche à l’ONERA à Toulouse et Frédéric Grisch Maître de recherche à
l’ONERAMalaiseau

Je remercie également Guillaume Castanet, chargé de recherche au CNRS pour son aide
précieuseetpourlesdiscussionsintéressantesquenousavonseusautantsurleplanthéorique
queureplanpratique.

Merci également à toute l’équipe du laboratoire d’électronique Al ain Delconte, Michel
Marchandet+runoont’aide’aétéprécieuseout
uongeahèse

JesuisreconnaissantàtousmescollèguesMichelWolff,Valér ieDeprédurant,PetreMiron,
Alexandre Labergue pour leurs disponibilités et leurs bonnes humeurs. Merci à Ophélie
CaballinapouresonseilsnprojetstnP.

Jenesauraioublierlespersonnesquim’ontaccordésleurattentionauxgrésdecollaboration.
MerciàClaireLaurent,YvesBiscoss,MickaelOrain,Pierre Giquelettouslesmembresdu
projetASTRA.JeremercieparticulièrementNicolasDouép oursonpassageàNancyetson
aidepouraéalisationeesures.

Merciàtouslepersonneltechniqueetauxdifférentsmembresdu laboratoire,permanentset
thésardvecesquelsesapports(urentnrichissants.

Enfin,jeremercietousmesprochespourleursoutienetleurencour agementetenparticulier
ma(emmeudreyebaeckerpouraprésenceuotidienne.

























Sommaire
Sommaire

Introduction..........................................................................................................1

Chapitre1: Modélisation..............................................................................4
Nomenclature ......................................................................................................................... 5
1.1 Introductiontbibliographie.................................................................................. 6
1.2 ModèleMomposantsiscrets.............................................................................. 10
1.2.1 Cadreeravail ................................................................................................ 10
1.2.2 Phaseapeur..................................................................................................... 12
1.2.3 Modélisationeaphaseliquide...................................................................... 18
1.2.4 Lesnteractionsntreesgouttes ..................................................................... 24
1.2.5 Caractéristiquesuélangeéthanol/acétone .................................................. 26
1.2.6 Résolutionumérique ...................................................................................... 28
1.3 Conclusion............................................................................................................ 30

Chapitre2: Installationexpérimentaleetmétrologie .............................31
Nomenclature ....................................................................................................................... 32
2.1 Introduction .......................................................................................................... 33
2.2 Dispositifsxpérimentaux.................................................................................... 33
2.2.1 Génération’unrainegouttesonodispersées............................................ 33
2.2.2 Créationeonditionse(orteévaporation .................................................... 35
2.2.3 Combustionujeteouttes........................................................................... 38
2.3 Techniqueseesure .......................................................................................... 39
2.3.1 La élocimétrieaseroppler .......................................................................... 39
2.3.2 Mesureeiamètreesouttes ....................................................................... 40
2.3.3 Fluorescencenduiteparlaser 44
2.4 Conclusion............................................................................................................ 48

Chapitre3: Mesuredelatempératuredegouttesbicomposantpar
fluorescenceinduiteparlaser...........................................................................49
Nomenclature ....................................................................................................................... 50
3.1 Introductiontbibliographie................................................................................ 51
3.2 Modélisationuignale(luorescencemiseparunraceur(luorescent n
solutionansniquide........................................................................................................ 52
3.2.1 FluorescencenduiteparlaserMroisouleurs................................................. 55
3.3 Etalonnagespréliminaires .................................................................................... 57
3.3.1 Choixesbandespectrales............................................................................. 57
3.3.2 Dispositifxpérimental 60
3.3.3 Etalonnagepréliminaire ................................................................................... 61
3.3.4 Résolutionuystèmetjustificationuhoixesapports .......................... 65
3.4 Mesureuresouttes ......................................................................................... 69
3.5 Conclusion............................................................................................................ 73

Chapitre4: Mesuredelacompositiondegouttesbicomposantpar
fluorescenceinduiteparlaser...........................................................................74
Nomenclature ....................................................................................................................... 75
4.1 Introductiontbibliographie................................................................................ 76
4.2 Modélisationea(luorescencee’acétone ...................................................... 77
4.3 Calcule’efficacité’éclairementparaéthodeuancéeay ons.............. 80
4.4 Etalonnagespréliminaires .................................................................................... 83
4.4.1 Propriétéspectroscopiqueseaolécule’acétonetoyens
expérimentaux .................................................................................................................. 83
4.4.2 Déterminationesaractéristiques’absorption ............................................. 86
4.4.3 Déterminationeacorrectioneuenching .................................................. 90
4.5 Calculspréliminairesuresouttes.................................................................... 94
4.6 Acquisitionuignalefluorescence.................................................................. 96
4.6.1 Dispositifxpérimental 96
4.6.2 Traitemente’image ...................................................................................... 96
4.6.3 Influenceuiamètreesouttes 99
4.6.4 Influenceea(raction’acétone 100
4.6.5 Dépendanceenempérature ........................................................................... 101
4.6.6 Principeeaesureeconcentration’acétoneurejetegouttesn
évaporation ..................................................................................................................... 101
4.6.7 Evaluatione’incertitude ............................................................................. 102
4.6.8 Applicationeaechnique............................................................................ 104
4.7 Conclusion.......................................................................................................... 108

Chapitre5: Comparaisondesrésultatsthéoriquesetexpérimentaux 109
Nomenclature 110
5.1 Introduction ........................................................................................................ 111
5.2 Etudespréliminaires........................................................................................... 111
5.2.1 Choixumodèleeransfertansaphaseiquide....................................... 112
5.2.2 Influenceuaractèreonidéaluélangeéthanol=acétone ...................... 113
5.2.3 Influenceeacorrectionesphénomènes’interactions............................. 114
5.3 Influenceuystèmeptiqueuresesurese(luorescencenduitepar aser
115
5.3.1 Casea(luorescencenduiteparaseràouleurs
ppliquéeMaesur ede
température..................................................................................................................... 116
5.3.2 Casea(luorescencenduitee’acétone ................................................... 120
5.4 Comparaisonesésultatsxpérimentaux
uxalculsumériques................... 123
5.4.1 Evolutioneaempératureesgouttesnévaporationans’airMempérat ure
ambiante123
5.4.2 Evolutioneaempératureesgouttesnfortevaporationansepanache
d’airhaud...................................................................................................................... 126
5.4.3 Evolutioneaempératureteacompositioneouttesenorte
évaporationansepanache’airhaud........................................................................ 130
5.5 Discussionesésultatsetonclusion ............................................................... 133

Conclusions.......................................................................................................138

Référencesbibliographiques...........................................................................141

AnnexeA:PolynômesdeLegendre ..............................................................147

AnnexeB:Propriétésphysiquesetrèglesdemélange ................................149

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi