Article de référence | Réf : AF3622 v1

Techniques de mesure spécifiques à l'atomisation
Atomisation, pulvérisation et aérosols - Applications

Auteur(s) : Luis LE MOYNE

Date de publication : 10 janv. 2010

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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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Auteur(s)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af3622


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2. Techniques de mesure spécifiques à l'atomisation

De nombreuses techniques de mesure des caractéristiques des sprays existent de façon commerciale. Celles-ci concernent aussi bien la taille que la vitesse des gouttes (impacteurs, granulomètres Malvern, anémomètres Phase Doppler, vélocimétrie par images de particules interférométrique…). Elles sont donc applicables au brouillard de gouttes une fois formé et des articles spécialisés peuvent être consultés dans la littérature. Quant au phénomène d'atomisation lui-même, le passage d'une phase continue à une phase dispersée, les techniques de visualisation classiques comme l'ombroscopie et la photographie directe, ainsi que les techniques de mesure de vitesses sont applicables avec certaines modifications lorsque les vitesses de sortie ne sont pas trop élevées, c'est-à-dire pour les premiers régimes d'atomisation. Pour de très hauts nombres de Reynolds et Weber la zone d'intérêt est tellement réduite (quelques millimètres), les détails à observer si fins (quelques micromètres) et les vitesses si grandes (plusieurs centaines de mètres par seconde) que des équipements d'éclairage et de visualisation spécifique doivent être mis en place sans que l'état actuel de la technologie ne permette encore une luminosité et une vitesse de prise d'image vraiment satisfaisants. À cet aspect vient s'ajouter une difficulté supplémentaire qui est la densité du milieu observé. Les liquides utilisés sont relativement opaques à la lumière en présence de bulles, gouttes et zones de cisaillement turbulentes, ce qui dissimule l'intérieur du jet lors de l'atomisation, à l'observateur. Des photons plus pénétrants peuvent être utilisés, comme l'ont montré J. Wang et al., dans , en utilisant le synchrotron de l'université de Cornell comme source rapide de rayons X monochromatique. Pour donner des images de la zone dense de jets, du cérium ou d'autres métaux lourds doivent être...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - EGGERS (J.) -   Theory of drop formation.  -  Physics of Fluids, 7, p. 941-953 (1994).

  • (2) - PHILLIPS, OSMAN (A.B.) -   Computational and experimental analysis of dynamics of drop formation.  -  Phys. Fluids, DOI:10.1063/1.870224, 11(12), p. 3577 (1999).

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  • (4) - BREMOND (N.), VILLERMAUX (E.) -   Atomization by jet impact.  -  J. Fluid Mech., vol. 549, p. 273-306 (2006).

  • (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).

  • (6) - LEFEBVRE (A.H.) -   Atomization and sprays.  -  Taylor...

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