Étude de l'atomisation d'un jet d'eau haute vitesse Application à l'irrigation par aspersion et à la pulvérisation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Study of high speed water jet atomization: application to spray irrigation and pulverization

Étude de l'atomisation d'un jet d'eau haute vitesse Application à l'irrigation par aspersion et à la pulvérisation

Christophe Stevenin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 937664

Résumé

In the present context of increasing water scarcity, a better water use efficiency is essential to maintain a sustainable economical growth. Moreover, water use efficiency covers also important environmental and social issues. In Europe, spraying irrigation represents a large part of water consumption. However, spraying irrigation of farming parcels is not always well fitted and can lead to strong water losses by evaporation or wind drift. An optimization of this water supply is necessary, which requires a better control of droplets dynamics, with regard to droplets size and droplets dispersion during atomization. This thesis aims at characterizing the droplets produced during the atomization of a water jet used in spraying irrigation and at modeling the jet atomization. A shadowgraphy method is carried out in order to analyse the liquid core and to estimate the droplets size in the spray. A droplet tracking algorithm is used to get the mean and fluctuating velocities of the liquid phase. Particular attention is focused on the technique calibration and on droplets sizing accuracy in the spray. An Eulerian approach is used for atomization modeling. The turbulent two phase flow is described as a single phase flow with a variable mean density, which varies between gas density and liquid density according to the liquid mass fraction. The liquid dispersion in its gaseous environment is taken into account by resolving a transport equation for the liquid mass fraction. Moreover a transport equation for the mean liquid/gas interface density is considered to model droplets fragmentation and coalescence and finally get a mean size of liquid fragments.
Dans le contexte actuel, l'accroissement des tensions liées à l'utilisation de la ressource en eau impose une meilleure gestion de cette ressource pour la poursuite d'une croissance économique durable. Cette problématique liée à la ressource en eau s'inscrit également dans des préoccupations sociales et environnementales importantes. En Europe, l'irrigation par aspersion représente une large part de la consommation en eau. Or l'irrigation des champs par aspersion est parfois mal adaptée et engendre de fortes pertes, dues à l'évaporation ou à la dispersion due au vent. Ces apports nécessitent d'être optimisés, ce qui passe par une meilleure maîtrise de la taille et de la dispersion des gouttes produites durant l'aspersion. L'objectif principal de cette thèse est la caractérisation des gouttes produites pendant l'atomisation d'un jet d'eau utilisé en irrigation par aspersion et la modélisation de l'atomisation de ce jet. Une technique d'ombroscopie est mise en place pour analyser le coeur liquide et pour caractériser la population de gouttes d'eau produites en terme de tailles et de vitesses moyennes et fluctuantes de la phase liquide. Une attention particulière a été portée sur la calibration de la technique et sur l'estimation des tailles de gouttes produites durant l'atomisation. L'approche employée pour la modélisation de l'atomisation repose sur une description eulérienne de l'écoulement diphasique, où celui-ci est représenté comme un écoulement turbulent d'un seul fluide dont la masse volumique varie selon la composition du mélange diphasique, entre la masse volumique du gaz et celle du liquide. La dispersion du liquide dans son environnement gazeux est prise en compte par la résolution d'une équation de transport de la fraction massique moyenne du liquide. De plus, une équation de transport de la densité moyenne d'interface liquide/ gaz permet de modéliser les phénomènes de fragmentation et de coalescence des gouttes et in fine d'estimer la taille des gouttes.
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Dates et versions

tel-00796791 , version 1 (05-03-2013)
tel-00796791 , version 2 (09-04-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00796791 , version 2

Citer

Christophe Stevenin. Étude de l'atomisation d'un jet d'eau haute vitesse Application à l'irrigation par aspersion et à la pulvérisation. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Centrale Marseille, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00796791v2⟩
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