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RÉSUMÉ
Omniprésente dans les phénomènes naturels ainsi que dans l'industrie, l'atomisation est une transformation de la matière très spécifique. Bien que certains cas puissent être déduits précisément de la théorie, la plupart des techniques ne donnent que des tendances et des aspects qualitatifs. Toutefois, grâce aux supercalculateurs modernes, de nombreuses simulations numériques sont menées afin de caractériser les phases dispersées. Cela permet donc d'étudier au mieux de façon empirique les distributions détaillées et les tailles de gouttes obtenues.
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Luis LE MOYNE : Docteur en mécanique, habilité à diriger des recherches - Ingénieur de l'École nationale supérieure d'arts et métiers (ENSAM) - Professeur des universités, institut supérieur de l'automobile et des transports, université de bourgogne, Nevers
INTRODUCTION
L'omniprésence des phases dispersées (liquides pour les gouttes, solides pour les particules), dans la nature et dans l'industrie, dont le processus de formation est communément appelé atomisation ou pulvérisation, n'est pas à démontrer. La description des processus et mécanismes physiques mis en jeu lors du passage d'une phase continue liquide à une phase dispersée se révèle complexe. Alors que les caractéristiques (taille et vitesse) des gouttes peuvent être déduites précisément de la théorie pour quelques cas d'école d'atomisation, seules les tendances et aspects qualitatifs peuvent être obtenus dans la plupart des cas. Nous verrons dans cet article qu'il n'en demeure pas moins que de nombreuses simulations sont menées afin de caractériser les phases dispersées, aidées il est vrai en cela par l'émergence de calculateurs modernes. Les techniques de mesures spécifiques à l'atomisation seront ici abordées, ainsi que les distributions détaillées des tailles de gouttes obtenues de façon empirique afin de parer à la difficulté d'obtention des prédictions théoriques.
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3. Distributions de taille – Lois empiriques
Les difficultés de prédiction théorique des tailles de gouttes lors de l'atomisation a conduit au développement de nombreuses corrélations empiriques reliant les paramètres physiques du processus à différentes formes de distributions. Ces distributions de tailles de gouttes se présentent sous deux formes fondamentalement, soit le nombre de gouttes N (d) de diamètre d (à plus ou moins δd près) ou le volume du liquide V (d) des gouttes de diamètre d (à plus ou moins δd près). Les deux formes de distributions sont reliées par :
Les distributions les plus couramment utilisées sont la loi normale, log-normale, Nukiyama-Tanasawa, Rosin-Rammler et χ 2. Toutes ces distributions sont équivalentes en termes de validité et d'applicabilité, en pratique elles doivent être testées toutes sur le cas spécifique à traiter pour décider laquelle est alors la plus en adéquation. Faute de quoi, ce sont les arguments de simplicité et de la quantité d'information disponible sur le phénomène qui permettront d'en sélectionner une.
3.1 Distributions usuelles
Dans les processus d'atomisation complexes où l'on eut considérer une génération pratiquement aléatoire des gouttes, les corrélations du type normal, ou gaussiennes peuvent s'appliquer. Dans ce cas, le nombre de gouttes suit la fonction de probabilité suivante :
Cette distribution peut être ajustée en pratique si l'on connaît l'écart-type s...
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