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4.3 Etude de la distribution granulométrique des
gouttelettes produites par les atomiseurs
La distribution granulométrique des aérosols
générés par l'atomiseur sera étudiée dans ce
paragraphe. Tout d'abord, les expériences sont effectuées sur des
aérosols d'eau ensuite sur différents carburants. Les
caractéristiques intéressantes sont le diamètre moyen D10,
le diamètre de sauter D32, les histogrammes du nombre de gouttelettes et
le LWC (Liquid Water Content), défini comme étant la masse des
gouttelettes liquides dans un volume de l'espace donné. Il est
exprimé en g/m3 et se calcule via la formule suivante :
??
??????= 6 ?? D30
3 ND (4.1)
Où ND ( 1
????3) représente le nombre de gouttelettes par
unité de volume dans l'espace de
mesure et D30, correspond à la gouttelette
dont le volume est le volume moyen des gouttelettes de l'aérosol
considéré.
Différentes séries de mesures ont
été effectuées en faisait varier certains
paramètres :
? le débit d'air d'entrainement de l'aérosol
? la hauteur du point de mesure dans le tube au-dessus de
l'atomiseur.
Les essais ont été effectués sur des
échantillons de 10000 gouttelettes.
4.3.1 Atomiseur ultrasonique
Les histogrammes ont été obtenu pour un
aérosol d'eau à une hauteur z = 50 mm et 160 mm au-dessus de
l'atomiseur pour différentes valeurs de débits d'air
d'entrainement. Ces mesures de granulométrie sont effectuées au
centre de l'écoulement. Sur ces histogrammes, la répartition du
nombre de gouttelettes en fonction de leur diamètre peut être
observée. L'allure de l'histogramme est gaussienne, le diamètre
pris comme valeur représentative pour les expériences de
détonation est le diamètre moyen D10 qui prend en compte les
autres diamètres de gouttelettes par pondération de leur nombre
dans le volume de mesure.
Nombre de gouttelettes
|
2500 2000 1500 1000 500
0
|
|
|
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Diamètre des goutellettes
[um]
Figure 4.7 - Spectre granulométrique d'un
aérosol d'eau à une cote d'observation z = 160 mm,
????air = 1,42 m3/h
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Diamètre des goutellettes [um]
(a)
Nombre de goutellettes
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
Diamètre des goutellettes [um]
(b)
Nombre de goutellettes
4500
4000
5000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Figure 4.8 - Spectre granulométrique d'un
aérosol de (a) kérosène Jet-A1, (b) dodécane
à une cote d'observation z = 160 mm, ????air = 1,42
m3/h
Avec le même atomiseur et dans la même
configuration, des mesures granulométriques avec le
kérosène Jet-A1 et le dodécane ont été
prises. Les Figures 4.8 (a) et (b), donnent la distribution des gouttelettes
à une cote d'observation z = 16 cm. On constate qu'avec le
dodécane (figure 4.8 (b)) la majorité des gouttelettes a une
taille comprise entre 3 et 11 ìm avec un maxima centré autour de
6 ìm. Le calcul de la moyenne arithmétique du D10 par le
système PDI renvoie une valeur D10 = 4,3 ìm (tableau 4.2).
Concernant le kérosène, le maximum est centré à
environ 6 ìm. La majorité des gouttelettes de
kérosène ont une taille variant de 3 à 13 ìm et le
diamètre moyen D10 est de 4,7 ìm. La présence de plus
grosses gouttelettes dans l'aérosol de kérosène se traduit
par des diamètres SMD (D32) plus importants que dans le cas du
dodécane.
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Z [cm]
|
D10 [um]
|
D32 [um]
|
D30 [um]
|
LWC [g/m3]
|
Kérosène Jet-A1
|
16
|
4,7
|
73,6
|
15,9
|
16,47
|
Dodécane
|
16
|
4,3
|
69,1
|
14
|
10,78
|
|
Tableau 4.2 - Résultats de mesure avec
l'atomiseur
Le tableau reprend les informations principales permettant de
caractériser l'aérosol. Par comparaison des LWC avec le
kérosène et le dodécane dans les mêmes conditions
opératoires, on voit que ce paramètre est plus
élevé pour le kérosène. Cela est dû au fait
que la masse volumique est plus élevée et que ce carburant est
peu volatil d'où une proportion de phase liquide plus importante.
Pour l'ensemble des mesures effectuées, les
diamètres D10 mesurés varient entre 4 et 6 um en fonction de la
dispersion expérimentale et de la nature du liquide testé. Pour
la suite, afin de faciliter l'analyse expérimentale au chapitre 6, un
diamètre moyen unique des gouttelettes pour tous les aérosols
produits avec cet atomiseur est fixé. L'atomiseur générant
majoritairement des gouttelettes de taille de 5 um le diamètre sera
alors fixé à D10 = 5 um.
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