Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Ubiquitous in natural phenomena as well as in the industry, atomizing consists in transforming matter in an extremely specific way. Although certain cases can be deduced precisely from theory, most techniques only provide trends and qualitative aspects. However, modern supercalculators allow for conducting a large number of numerical simulations in order to characterize dispersed phases and thus for studying at best empirically the detailled distributions and drop sizes obtained.
Auteur(s)
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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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Techniques de mesure spécifiques à l'atomisation
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1. Simulations numériques
Compte tenu de la complexité du phénomène d'atomisation, il a été envisagé dès l'apparition des moyens de calcul intensif, de les utiliser pour prévoir les caractéristiques des brouillards de gouttes obtenus, ainsi que leur évolution. Malgré la puissance des calculateurs modernes, des modèles simplifiés sont encore largement utilisés dans l'industrie, bien que les simulations directes du phénomène connaissent un essor important ces dernières années. On se propose ici de donner un aperçu des principales techniques utilisées.
1.1 Modèles simplifiés
1.1.1 Modèle d'analogie de Taylor (TAB)
Dans cette approche, le cylindre liquide en sortie de l'injecteur (ou les gouttes issues d'une première atomisation) est assimilé à un système masse-ressort avec amortissement. L'oscillateur est forcé par l'interaction aérodynamique. Le terme inertiel comprend la masse de la goutte, ou de la parcelle du jet que l'on estime se pulvériser, la force du ressort est constituée par la tension superficielle et l'amortissement lié à la contrainte visqueuse.
Le bilan de ces forces mène à l'équation :
où y est le paramètre de distorsion du diamètre (si y > 1, la goutte casse), r est le rayon de la goutte, μ, σ et ρ sont la viscosité, la tension superficielle et la masse volumique du liquide, ρm est la masse volumique du gaz et U la différence de vitesse gaz/goutte. Si la goutte se divise, elle crée des gouttes de rayons identiques r2, donnés en faisant le bilan énergétique par :
Les indices 1 et 2 étant relatifs aux états de la goutte avant et après scission.
L'expérience montre que la valeur de 2r2 approche assez bien le diamètre moyen de Sauter des distributions...
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Simulations numériques
BIBLIOGRAPHIE
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(3) - BOECK (T.), ZALESKI (S.) - Numerical simulation of liquid – Gas interfaces with applications to atomization. - XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, Warsaw, Poland, 15-21 août 2004.
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(4) - BREMOND (N.), VILLERMAUX (E.) - Atomization by jet impact. - J. Fluid Mech., vol. 549, p. 273-306 (2006).
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(5) - HUIMIN (L.) - Science and engineering of droplets fundamentals and applications. - Noyes publications Park Ridge, New Jersey, USA, William Andrew publishing, LLC Norwich, New York, USA (1981).
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(6) - LEFEBVRE (A.H.) - Atomization and sprays. - ...
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