Département Énergie & Fluides - Mines Nancy

Exemple de projet 2A

Étude des écoulements dans un injecteur tourbillonnant et du spray engendré  

    L'« énergie de pression » communiquée grâce à une pompe à un carburant liquide peut le forcer à entrer rapidement par trois canaux d'accès dans la « tête » d'un injecteur. Du fait de la géométrie de ces canaux, une grande vitesse tangentielle est acquise, et le carburant sort par le bas avec un mouvement axial tournant de grande énergie cinétique. Dans le cas étudié ici, la pression en amont est de 6 bars, la vitesse axiale du jet est de 18 mètres/seconde, et sa vitesse angulaire de l'ordre de 100000 radians/seconde. Le diamètre de sortie du jet est de l'ordre de 200 micromètres. Le jet subit à son entrée dans l'air ambiant de forts cisaillements, ainsi que des forces centrifuges liées à sa rotation. Son énergie cinétique sert donc à l'atomiser en un brouillard de fines goutellettes, qui pourront facilement s'évaporer puis bruler. De l'énergie chimique de combustion sera donc dégagée.

L'étude de ce système a été réalisée lors du projet 10 de l'année 2008-2009, présenté dans le catalogue correspondant. Des simulations numériques ont tout d'abord été effectuées. L'injecteur et ses plans ont été fournis par l'entreprise Danfoss. L'image de gauche a été obtenue grâce à un modèle de turbulence et au logiciel de mécanique des fluides numériques ANSYS Fluent. Une étude expérimentale, vélocimétrie et granulométrie laser du brouillard de gouttes, sur une maquette en eau, a suivi lors d'une seconde phase du projet. Les élèves ont pu utiliser le `Phase Doppler Particle Analyser' du Lemta, qui leur a permis d'établir des cartes diamètres-vitesses axiales des gouttes comme celle montrée sur l'image de droite. On observe une bonne atomisation, avec de nombreuses gouttelettes de rayon de l'ordre de 10 micromètres. On constate aussi que les gouttelettes les plus petites, qui ont moins d'inertie, sont plus fortement ralenties par l'air ambiant.


Guillaume Castanet, Mathieu Fuin, Charles Gonin, Fabien Gaillard, Sylvain Jouhanneau & Nicolas Rimbert

Last modified: Fri May 6 22:51:29 CEST 2016