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Evaporation de gouttelettes bi-composant en écoulement chauffé fortement turbulent

12 février 2013

Permanents : R. Bazile, B. Ferret

Ce programme de recherche (thèse A. Jean en cours) est soutenue par la Fondation EADS . Il concerne la compréhension et la modélisation des écoulements diphasiques à l’intérieur d’une chambre de combustion, dans laquelle des gouttes de carburant multicomposant sont injectées. Des travaux de recherches sont en cours concernant les modèles d’évaporation qui prennent en compte le caractère polyconsituant du carburant, mais l’influence de la turbulence sur la vaporisation d’un spray ne fait pas l’unanimité dans la littérature.

Une expérience modèle dédiée à l’étude de l’évaporation d’écoulements diphasiques non réactifs a été conçue à l’IMFT. Le banc expérimental permet de générer un écoulement d’air chauffé en canal, fortement turbulent et présentant des propriétés assez proches de la turbulence homogène isotrope Un dispositif de pulvérisation contrôlé permet d’injecter un spray de carburant bi-composant dans la zone établie de l’écoulement.

L’objectif de l’étude est d’analyser la dispersion, l’évaporation des gouttes ainsi que le mélange de la vapeur de carburant avec l’air chauffé. La gamme de tailles de gouttes injectées permet d’observer des comportements variés des gouttes en réponse à la turbulence (en terme de nombre de Stokes).
Des diagnostics spécifiques, basés sur l’imagerie laser par fluorescence (PLIF), sont développés et appliqués afin de caractériser les régimes d’évaporation en fonction de la température et de la composition du liquide.
L’étude révèle la formation d’amas de gouttes, souvent associés à des zones riches en vapeur. Les champs instantanés de concentrations de la phase vapeur extraits à partir des images de fluorescence permettent également de quantifier les fluctuations de richesse locales en fonction des paramètres d’étude.
L’ensemble des résultats expérimentaux alimente également une base de données, qui permettra prochainement d’effectuer des comparaisons avec des simulations aux grandes échelles (code AVBP utilisé dans le groupe PSC).

Vue éclatée du banc d’essai, avec métrologie pour PLIF :

Références :

Moreau F., Bazile R. (2012) Evaporation of bi-component droplets in a heated, highly turbulent flow. Experiments in Fluids, 53:331-342.

Bodoc V., Rouzaud O., Moreau F., Bazile R., Lavergne G. (2010) Experimental and numerical investigation of evaporating mono-component droplets in a turbulent channel flow, ILASS-Europe, September 2010, Brno, Czech Republic.

Cochet M., Bazile R., Ferret B., Cazin S. (2009) Evaporation of polydispersed droplets in a highly turbulent channel flow. Experiments in Fluids, 47:379–394.

Cochet M., Ferret B., Bazile R. (2006) Vaporization of polydispersed droplets in intense isotropic turbulence. Turbulence, Heat and Mass Transfer THMT 5, September 2006, Dubrovnik, Croatia.