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En hydrodynamique, des approches récentes montrent que les problèmes liés au mélange sont mieux appréhendés lorsque l'on suit le mouvement des particules de fluide. Expérimentalement, il est maintenant possible de faire faire des mesures en temps réel à des particules passivement entraînées avec l'écoulement, et qui retransmettent les données par radiofréquence. Le cas décrit ici est celui de la convection thermique, où la particule instrumentée mesure les variations de température du fluide.
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Description des mesures
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2. Descriptif des dispositifs expérimentaux
Dans un premier temps nous nous intéressons à la sonde elle-même en détaillant la technologie et les choix spécifiques adoptés lors dans sa conception. Nous détaillons ensuite le dispositif de Rayleigh-Bénard utilisé puis la procédure expérimentale.
2.1 Sonde thermique
La sonde est présentée sous forme de diagramme fonctionnel, puis le transfert de données par radiofréquences est détaillé – avec une attention toute particulière à la gestion de l'énergie. Nous décrivons enfin la mesure simultanée de position et de température.
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La sonde est constituée des éléments suivants, représentés sur la figure 1 :
-
des dispositifs de mesure thermique : ce sont des thermistances ;
-
un émetteur radiofréquence : associé à une antenne, il permet la transmission de la mesure ;
-
une pile : elle alimente le circuit d'encapsulage et d'émission ;
-
un interrupteur magnétique : il permet de mettre en route la particule ou de l'éteindre à distance.
L'ensemble est contenu dans une capsule de PVC sphérique, de 21 mm de diamètre, scellée hermétiquement. Sa masse est ajustée ainsi que, très légèrement, celle du fluide (par ajout d'une vingtaine de millilitres de glycérol) pour être isodense. Cette étape est cruciale pour ne pas introduire de biais. Dans les mesures rapportées ici, la densité effective, d, de la particule est de 1,005.
Les thermistances sont placées dans le réseau d'impédance d'un oscillateur en tension, de sorte que la fréquence du signal soit l'image de la température mesurée par les capteurs. Ce signal est ensuite utilisé comme modulante de l'émission radiofréquence, l'onde porteuse étant générée par l'émetteur via un cristal. L'ensemble est alimenté par une pile bouton, commandé par l'interrupteur magnétique.
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Descriptif des dispositifs expérimentaux
BIBLIOGRAPHIE
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(4) - VOLK (R.) et coll - Measurement of particle and bubble accelerations in turbulence - Eur. Phys. Lett., 81, p. 34002 (2008).
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(6) - SHEW (W.) et coll - Instrumented tracer for Lagrangian measurements in Rayleigh-Bénardconvection - Rev. Sci. Instrum., 78, p. 065105 (2007).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Base Génie énergétique
PADET (J.) - Convection thermique et massique – Principes généraux - [BE 8 205] (2005).
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
Maxim Integrated Products
National Semiconductor
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BREVET # FR08/00682 In situ monitoring and control of fluid mixing processes.
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