Développement de techniques optiques pour la caractérisation de brouillards de gouttes dans les foyers aéronautiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Development of optical techniques to characterize droplet sprays in aeronautical combustion chambers

Développement de techniques optiques pour la caractérisation de brouillards de gouttes dans les foyers aéronautiques

Résumé

The optimization of combustion chambers is generally carried out using numerical simulation tools. When fuel is injected in liquid form, the simulation quality depends on the boundary conditions imposed to this phase close to the injector (diameter, velocity and volume flux of the droplets, slip velocity between phases). These boundary conditions are usually set from an experimental analysis under realistic conditions of injection, which in the best case uses Phase Doppler Anemo-granulometry (PDA). However, this point measurement technique is time consuming for an overall injector characterization and provides a measurement of the volume flux with some limitations. It is also difficult to access variables such as the velocity of the gas phase in the presence of droplets. To address this problem, it seems appropriate to implement spatially resolved optical diagnostic techniques. This study consists in the development of optical field techniques which combine approaches based on Mie scattering, fluorescent emission from droplets or tracers and use PIV algorithms to characterize simultaneously and quantitatively size, velocity and volume flux of the dispersed phase, and velocity of the continuous phase in droplet sprays in a realistic configuration of aeronautical injector. A particular attention is given to the study of the measurement accuracy. Thus, comparisons are carried out with complete databases obtained with the PDA. The analysis of these results is faced with physical optics models governing phenomena of fluorescence and light scattering by particles using simulations. This approach allows us to effectively interpret the results obtained by direct imaging and define acquisition and processing parameters ensuring optimum accuracy.
L’optimisation des chambres de combustion est généralement réalisée à l'aide d’outils de simulation numérique. Lorsque le carburant est injecté sous forme liquide, la qualité des simulations dépend en partie de la définition des conditions aux limites imposées pour cette phase à proximité de l'injecteur (diamètre, vitesse et flux volumique des gouttes, vitesse de glissement entre phases). Ces conditions aux limites sont généralement définies à partir d'une analyse expérimentale dans des conditions réalistes d’injection, qui fait appel, dans le meilleur des cas, à l’utilisation de l’Anémogranulomètre Phase Doppler (PDA). Cependant, cette technique ponctuelle est coûteuse en temps pour une caractérisation globale de l’injecteur et fournit une mesure des flux volumiques avec des limitations. Il est également difficile d’accéder à des grandeurs telles que la vitesse de la phase gazeuse en présence des gouttes. Pour répondre à cette problématique, il paraît judicieux de mettre en oeuvre des techniques de diagnostic optique spatialement résolues. Cette étude consiste à développer des techniques optiques de champ couplant des approches basées sur la diffusion de Mie, sur l'émission fluorescente des gouttes ou de traceurs et utilisant des algorithmes de type PIV, pour caractériser de manière simultanée et quantitative la granulométrie, la vitesse et le flux volumique de la phase dispersée, ainsi que la vitesse de la phase continue dans les brouillards de gouttes au sein d’une configuration réaliste de foyer aéronautique. Une attention particulière est portée à l'étude de la précision de la mesure. Ainsi, des comparaisons sont effectuées avec des bases de données complètes obtenues à l’aide du PDA. L'analyse de ces résultats est confrontée aux modèles de l'optique physique régissant les phénomènes de fluorescence et de diffusion de la lumière par des particules à l’aide de simulations. Cette démarche nous permet d'interpréter efficacement les résultats obtenus par imagerie directe et de définir les paramètres d'acquisition et de traitement assurant une précision optimale des mesures.
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Dates et versions

tel-01287153 , version 1 (14-03-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01287153 , version 1

Citer

Jonathan Brettar. Développement de techniques optiques pour la caractérisation de brouillards de gouttes dans les foyers aéronautiques. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. ISAE - Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01287153⟩

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