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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre: 2559 THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale: Mécanique Energétique Génie Civil Procédés Spécialité: Dynamique des Fluides Par Magali COCHET Titre de la thèse Evaporation de gouttelettes polydispersées dans un écoulement de canal fortement turbulent. Analyse de la formation du mélange diphasique par imagerie de fluorescence Soutenue le 06 décembre 2007 devant le jury composé de : Mme Christine Mounaïm-Rousselle Présidente du jury MM. Rudy Bazile Directeur de thèse Jean-Charles Sautet Rapporteur Fabrice Lemoine Rapporteur Frédéric Grisch Membre Véronique Roig Membre

  • gouttelettes

  • turbulent flow

  • fluorescence images

  • titre de la thèse evaporation de gouttelettes polydispersées

  • action du mouvement des particules sur l'écoulement porteur

  • fluorescence signals

  • ecoulement


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Publié le 01 décembre 2007
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Langue Français
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N° d'ordre: 2559
THESE
présentée
pour obtenir
LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
École doctorale: Mécanique Energétique Génie Civil Procédés
Spécialité: Dynamique des Fluides
Par Magali COCHET
Titre de la thèse Evaporation de gouttelettes polydispersées dans un écoulement de canal
fortement turbulent.
Analyse de la formation du mélange diphasique par imagerie de fluorescence
Soutenue le 06 décembre 2007 devant le jury composé de :
Présidente du jury Mme Christine Mounaïm-Rousselle
M. Rudy Bazile Directeur de thèse
Jean-Charles Sautet Rapporteur
Fabrice Lemoine
Frédéric Grisch Membre
Véronique Roig Membre ers?esR?sum?pNouslesprr?toutessenFluorescencetonsdeicilauneenexpc?rimensontationdemo?d?leenpsiourtl'?tudebrouillardd'?coulementaillestsrdiphasiquesolydispturbulenlatsapedenune?vgaz),apporation.L'analyseL'?tudedess'ingouttes.t?resseenne?tuneunesituationLeso?tdesgouttelettesgouttelettesetitespr?-atomiauxs?esoireetes.dispesters?esd'inpargunL'?tude?coulemen?t(PLIF),turdesbuleLanmesuresttscd'imageshau?aus'?vsignauxaplaorenuorescencetordetermissespatialem?langenmist.tLetoutecr?partitionshargemennes,tparmassiquetenl'?coulemengouttelettesdeesttprisdirectemensusammend'injecteur.ttbastpourourauquestructuresl'ong?tiques,puisseauxconsid?rersqueal'ondun'aquepasypdeenr?tro-actionetduttelmouvpemenl'testdesdeparticulesparsurpl'?coulem?entrationstapp?tanorteur.hniqueL'?coulementtdesest(liquidectraitemenhau?tdeefoina?ons?parer?auxd?clenc?misheraplimages'?v?t?aptemps.orationndesagouttelettes.s'inEnnlailen'yaa?videncepasgouttescommobustion.r?partiesAnsectiondeeine,menertan?es?saufbienpr?sencetteforts?tude,ortu1ndispbdansat.ncaract?ristiquescced'expson?rimen?galementationd?termin?esmotd?lesortieaLes?t?oncon?udespsusammenourpg?-pn?rer?treunsensibles?coulemenmoinstgrossesp?neorteur-fortemenvtm?meturbulen?t.helleIldissipativs'agitLd'unp?coulemenersiontbrouillarddetellecanaltouspr?senttanestteractionsdestrecaract?ristiquesturbulencedeleslaouturbulenceetteshomog?tneossibles.isotropdee?vetorationder?alis?esl'aidenivlaeauxInduitedeLaserturbulencequi?levermet?sd:terminer25concen%massiquesdansvlaeur.zonePLIF?tabliethomog?netecisotropdee,habituellemenlargeutilis?emenourt?coulemensupmonophasiques?rieursou?desceuxtsobtenonusdu?trl'aidemisd'unepturbulencetdeourgrille.lesLali?scaract?risationgouttelettesdeceuxcetpar?coulemenvteur.ades?t?der?alis?ea?r?alis?el'aidedeuxdeD'ablauV?locomptagecim?triegouttesparpImagesdedet?resseP?articulesr?partition(PIV).dUnssystIl??t?meend'injection,queutilisanlestsonunenatomiseurypassibienfdans?laultrasons,depvelesrinstanmsonettoutdehomog?cr?eretuntenbrouillarddede?cartsgouttelettesrappqui?sondistri-trapidemenp2desbutiondepuremenermettent?t?al?atoire.analys?eOnoration.em?langenasd?duitolutionl'existenceg?n?d'amasrelationdonsimplestconcenladetailleapcaract?ristiqueunpr?f?renceeutL'?vd?bitarierapen?fonctionmisedesvconditionsd?ledea-l'expuctuations?rience.massiquesCe?galemenpl'ecacit?oinpr?sencetorationestour?cconsid?rerdecaarr?alis?e.unvgroupduemenmassiquetvdeeurgouttesrestestsusceptibleetdeenfreineral'?vecapmoorationsend'?vconcenptranLestdelatrationsvpapteurtcr??e.d?terminerEnn,dul'?tudeended'?vl'?voration.apwhicAbstractapAaremoofdelofexpiserimenfromtthanformist,theallstudysoofInducedevgaz.apooratinghannel,turbulenhomogeneous.tthetelowvo-phasemostoturbulenwsdropletisorationpresendeterminationtedone-phasehere.toTheofstudytedfoeragecusestheonosite),aosituationklywhereThepre-atomizedmeananddirectlyddropleienoughspatersedstructures.dropletsevrangeapevorizewithandstudymixPinhanheatedusuallyturbulenettsoiw.vThemadeliquidaremasscloadingareofersedtnoheofcarrier(orepartitionswsmallilsaresetersedsucienotlofytheloandwaretotheainjector.vsoiddiameterstbweo-wtheaturbulenysmallestcouplingenwherethethestructures.dropletsdiametershathatvkindeehaantoeectossible.onevthedonedynamicanarand(PLIF)thewsturbulencemassofofthePLIFcarrierdows,w.liquidTheimagescarriereouorescencewofisdueheatedor.inimagesorderttoFirst,haeingvorderespatialvWhileapaorizationellofthethetheredroplets.dropletsLast,ntherecisthenothecominstanbustionallFfact,ordrthispstudyets,haquicmodispdelinexpcarriererimenw.talcaracteristicstestthisbnamelyencdropletshdiameterswvascities,conceivdeterminededattoexitgeneratetheaThehigthhaleysmallturbu-tolenetsensitivcarriertooleastw.biggest,ItenergeticconsiststinTheadropletscevhannelsensitivotowsmallestwithtcaracteristicsTheofofhomogeneousisandlargeisotropicpraticallyturbulenceerywhereofuctuations'blevviorelsregardsareturbulencevperyThehigh.ofTheseapleviselsthroughrangelasLaserhighFluorescenceaswhic25allo%theinoftheconceestablishedtrationshomogeneousvandor.isotropiciszone,usewhiconhoisbmitucorhTherefore,highertreatmenthanarthosedonecommonlyseparateob-stainedgnalswithdropletsasignalsclassicaltogridapturbulence.AnalysisTheuorescencecisharacterizationinofwthissteps.gazdropletsobwcounwinastorealizedharacterizewithrepartitionPdroplets.articlesdropletsImageinVvelowcimdispetrythroughout(PIV).cAnmeaninginjearectionmoresystemonusingceaterpassivtheehannelultrasoundonatomizeredgeallorooppwsthethetaneouscreationareofbutaInmist3of2Dp
ushiapghevdeviationsforfromwillaaspureledyw.statisticalofdistributionen(represenatedolutionbwysimpleasucPtrationoissonterminelaapw).higher.Therefore,,itorationhascasebTheeengeneratedconcludedmassthatistherecomparedaremodropletsapclustersasareinmassthealloodweciencwhoseduringcaracteris-clusterticgetsizeEvmatuallyythevaparyofwithreferencethewexpstudied.erimenevtalofconditions.vThisorinoturnratemaanalyzyandleadwithtonon-dimensionalthedelssloevwingorationofhevthethere4aplaorationThesinceconcenmassuctuationsfractionwoftoveaptheoryaroundmixingdropletsevinoration.adoisRemerciemensoittsaillerCeSatraCAvaailetatan?t?Garbitr?alis??rimenauainsiseinetdud'images,group?ecuteurEcoulemening?niets(etEourtdeComtroisbustionBeno?tdeetitl'InstitutpdeaillerM?-tensi?ecaniquefructueux.desUnFluides?deenTsaisoulouse.meilleur.JeCouteauremercir?alisationetedoncBernardleseprofesseurssoutienGeorgesconstructionCharnapasyecetunOlivieretSimoninFlorianpserviceourum'apatienvCazin.ocirheteraccueillierdansextr?memenceourgrouphedmotivjeanMotecacit?etinsympathique.lesJedestieremerciestout?d'abd'?tudeordquilesparticuliermemsyst?mebresblaguedemonainsijuryerret,,r?alisationeplanstetenfailleparticulierphasemesbancrappJeorteursplusFaabricetraLemoine?etplaisirJean-PierreJ?r?meSautetdolfpmonourUnleurparlectureetduecmanluscritleetdesleursS?bastieremarquesraetvcorrections.queJeourtienscam?raensuited?v?traitemenremerciertoujoursRudyagr?ableBazile,mercipespritourbm'aconstanvaoir?galemenencadr?e?tout?norm?menauvlongMarcdeonibilit?,cettesath?se.tNotreecopopMo?se,?rationtas'estsoure,d?roul?epdanst'esuhaleureuxnenotreamurbianceG?rardde?conancejeetendelasympathie.duJed'injectionluilasuisr?currenparticuli?remendutCouscousreconnaissan),tequ'?pFourpsonlasoutiendhsumainsousdansTIAlessonmomensanstslorsdiciles.laUnedeth?sedun'estexppastal.unn'oublietranonvmesailstagiaires,solitaire,vequitvj'aia?t?t?amen?r?el?:cSouli?,ollabPretotorerA?troitemenN'jifendju,tqueasuccesseurvMoreau.ecplestourteclehniciensSignauxdeImagesl'ateliervdeEmmanl'IMFT.eJeCidtiensourdoncr?glage?tremercierlasers,lessurtoutnmainsTlabvorieaueseS?bastien,scepdeaccelaproinjetou:eloppJean-PierrelesEscat,tsJean-MarcaSfedj?t?ettetLaurenS?bastien,tpMouneix.tonMercicr?atifencoretaetonneceumeurn'estte.pasgrmoinquimerciaitcass?quelqu'unlquiedoisnivt,eausa?lectronique,oirpromis.?seThal.oujoursdispdanssonleetdompatienceainefondeunlatm?caniquerloetprivil?gi?duourcamth?sards.bjeouis,quejemovenoudraismaisaddressertdesiremer-:ciemenlets5ctout.6ha?l,UnR.,psonetitremercietM.,ourPparauledeproLaure,jetBriceAstrcolasaAnna?g,,Enn,enGuillaumeparticulierlalespassercpseudo-hercJulien,heursBenjamin,etBth?sardsthondek,l'ONERAAPheline,alaiseauZafer,gr?ceS.?maquien,j'aivpumoi,r?aliserfaibli.lplaisiresquatremesuresDansPDhronologique,APdansourdeArthtr?sLaurenbB.,onnesno?t,conditions.,:,FYr?d?ricain,GriscOlivierh,f,PierreJe,Gicquel,HervMikEnrika?lDirk,OrainLaurenetRoBj?rnremercieRossopw.souMercinsipquiourcettevrythmeotredonaccueiln'asympathiqueplorseudedemoncespassageans?th?se.Pl'ordrealcaiseau.jeOndoncneascal,leMamdit,jaGuillaume,maisur,assezDamien,:tuneNicolasbC?dric,onneeamVirginie,biancePdeAntrayvBriceailJ?r?me,aideannic?Sylvnorm?menNitG.,laK.,bdolonneMicr?a-Nirina,lisationMicd'unViviane,pro?,jet.Florian,Mesa,plusAli,cOlivierhauds.,remerciemetnettsel.vjeontoutetfamilledoncour?grandtoustilesaicqueherc,hae?cuurth?ses,m?meth?sardsqueetetstagiairestapatiencevjamaiseMercicourquij'aiPlanT.able.des.mati?res.1.In.trovduction.g?n?rale.et.con.texte.de.l'?tudeap21lettes1.1.Th?matique?rimenscien40tiqueLa.....2.1.5...g?n?rale.Canal.2.2.3.tation.direct.1.2.6.2.a.........turbulence...............de.......banc......21.1.1.1.Aturbulencetomisation.du.spra.ysur...la.tra.brouillard.....ude.........banc.G?n?ration.......homog?ne.......i.......La.......4422turbulence1.1.2.D.ispueersion.des.gouttelettes..2.2.....47.........optique.......et.....50.n.....1.2.6.1.la.taux.....indirect.sur22oration1.1.3ers?versionapgouttoration......36.l'?...................2.e.40.l.bibliographie...........T.e...........40.de....24.1.1.4.M?.lange....42.diusiv...............Le.g?n?rateur.........4.solution.................compl?te.et.........D......26.1.1.5.Com.bustion..47.segmen...............cuv.g?n?rateur...........I.syst?me...........51.Eet.de.turbulence.les.d'?v.oration.....33.Eet27de1.2turbulencePl'?ositionnemenapt?devl'?tudel.disp.d'un.de.e...............1.3.de.t................................2.7.1.2.138PriseLeend'essaicomptexpdestalpropri?t?s2.1phdeysiquesav:ariables......................2.1.1.urbulence.isotrop28.1.2.2.I.n.uenc.e.de.la.con.v.ection....2.1.2.turbulence.gr.lle.............................2.1.3.turbulence.e........28.1.2.3.Prise.en.compte.de.l'?coulemen.t.de.Stefan..2.1.4.syst?me..de..................5.La.reten..29.1.2.4.Prise.en.compte.du.c.hauage.de.la.goutte........47.Description.du.d'essai.installation.................2.2.130escription1.2.5.Prise.en.compte.des.in.teractions.en.tre.gouttes............2.2.2.et.t..............31.1.2.6.I.n.uenc.e.de49laLaturbeulleencede.....................2.2.4.mplan.du.d'injectio.......................732.T.ABLE.DES78MA.TI3.1.2.3?R.ESla8.2.2.5.Supp.ortutilis?et.rep.?reLaserdansel'espace................p.traitemen...Con.............PLIF...3.1.1.4...Le..533.1.2.12.3.Alimenit?ratiftation.en.air.et.cphauage.de.la.v.eine..faux...grandeurs.de...........LIF).l'esp...de..............54.2.3.1.Ma.t.?algorithmesriel.utilis?........................3.1.2.4.....Erreur.....75.cking.....76.........Filtrage.......l'?v..54e2.3.2grisCon.tr?leFluorescencede.la.temp.?raturPrincie.dans.la.v81eineinduite...82.te.............Caract?ristiques.....3.2.4..........55.2.4.Syst?me.d'injectiontage.............71.di?ren...............ter-corr?lation.............3.1.2.2.............de........58.2.4.1.Choixdudu.t.yp.e.d'injec74t?edeur.:.injecteur.ultrasonique..Erreur.ak.............P........58.2.4.2.Caract?.r.i77sationvdu.brouillard.de.gouttelettes.a.v77ecergencedenl'ac?tone....Recadrage.niv.ge....59.2.4.379Gaparmme.de.nom.bre.de.Stok.e81seattendu..............Princi.la.laser.......Choix.e............623.2.3.12.4.3.1.T.emps.de.relaxation.des.particules83.l'ac?tone...........c..................62.2.4.3.2.Ec.helles.carac.t.?69ristiquesMondecompletl'?couleme.n.t.attendu.................63.2.4.3.33.1.2Nomsbrestsde.Stok.es......................71.In..........................64722.4.4D?calageEmplasubpixelcemen.t.du.p.orte-injecteur.dans.la.v.eine....73.D?formation.mailles......................65732.5Caract?ristiquesSynlogicielth?se.du.c.hapitre............3.1.2.5.due.la.erte.particules.................3.1.2.6.de.e.lo......................65.33.1.3M?thoostdestde.mesure.par.imagerie.laser.67.3.1.V?lo.cim?trie.par.images.de.P.articule.s.(P..I.V)3.1.3.1.des.ecteurs.......................3.1.3.2.v.de.olutio.des.statistiques67.3.1.1.La.c3.1.3.3ha?nedPIVs.eaux.l'ima.de...............3.2.Induite.Plan...........................3.2.1.p.de.uorescence......68.3.1.1.1.Le.l.aser.PIV..........3.2.2.p.de.uorescence.par.(ou.............3.2.3.de.?c.uorescen................6.8.3.1.1.2.La.c83am?raCrit?res.s?lection.........................3.2.3.2.de.....................84.La.ha?ne....69.3.1.1.3.L'ensemencemen.t......................89.U V
60 mm<X < 155 mm
X = 155 mm X = 375 mm
X = 375 mm
des...................la.s.............de.......T89.3.2.4.2proLa.cdi?renam?ra..th.M?.......................des.......5.1.........Appli...135...5.2.1......89.3.2.5.Correc.tdesideons5.2.3.3du5.2.4signaldede.uorescencel'?...?nerg?tiques.........d?bitan.......du.......Nouv.nom.129......91.3.2.5.1.LesimagesdiPLIF:?5.1.1r.e.n.tes5.1.2sourcesabsorptionde.bruit.etcasde.biais.dans.lesdesmesures.....91de3.2.5.2.Sources.d'e.rr.ed?tectionur.p.ossibles..reten.........par.138.....de...gouttes.144.......helles.t.....4.592.3.2.5.3.Pro.c?dure.de.calibration.et.de.mesure4.6.a...............4.7.ositif........92.3.3.Syn125th??vshellesecaract?ristiquesdu.cConclusionhapitre..................130.t.uorescence.de.d.ts.....uorescence...............lisation.?.........133.?..96.4.L'?coulemen.t.p.orteur.97Rep4.1:Inm?thotro.duction........th.seuill...............5.2.2.de.con...........137.o.................5.2.3.1.fr?quences.....Op.math?matique....97.4.2es?vdeolution.des.principalesistinctiongrandeurs.sur.l'axeP.............147.de.coulemen...........116.Propri?t?s........99.4.2.1.Mo.men.t.d'ordre.1.et.2........118.Inuence.l.vitesse.te...........................120.Inuence.disp.d'injection......99.4.2.1.1.Vitesses.mo.y.ennes...et......4.8.elle.aluation.?c.et.bres.de.turbulence...4.9....................99.4.2.1.2.Momen.ts.d'ordre.deux..........5.raitemen.des.de.132.Utilisation.la.dans.e.?coulemen.diphasiques.bibliographie.....132.La.Exciplex....100.4.2.2.Mo.men.t.d'ordre.trois.et.quatre......132.Uti.d'un.duit.forte...................5.1.3.cation.notre........104.4.3.Les.di?ren.tes.phases.de.l'?coulemen.t....5.2.?rage.gouttes.les.tes.des...................135.M?.o.de.age....109.4.3.1.Premi.?re.phase.:.en.tr?e.dans.la.v.eine,..136.M?.o.de.de.tours..............109.4.3.2.La.zone.de5.2.3trthansidetuei.on.:.de.aser.L.Le.3.2.4.1.?.9.ES.?R.TI......138.D?tection.hautes.spatiales.ltrage......1115.2.3.24.3.3?rateursLamorphologiezone.?tablie.:.?.partir.de.MA140DES?tapABLEnalesTl'algorithme.d?tection.gouttes.....143.D.des..............................5.2.5.erformances.l'algorithme......112.4.4.Corr?lations.doubles.en.deux.p.oin.ts.et?c