Table des tableaux
TABLEAU 3.1 - DISTANCES ENTRE CAPTEURS 31
TABLEAU 4.1 - GAMMES DE MESURE DE TAILLE ET DE VITESSE DES
GOUTTELETTES 36
TABLEAU 4.2 - RESULTATS DE MESURE AVEC L'ATOMISEUR 43
TABLEAU 5.1 - FORMULE CHIMIQUE DU KEROSENE CONVENTIONNEL 48
TABLEAU 5.2 - COMPARATIF DE QUELQUES CARACTERISTIQUES
CHIMIQUES ET PHYSIQUES ENTRE LE JET-A1 ET LE
C11H22 49
TABLEAU 5.3 - CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET CHIMIQUES DU
DODECANE 49
TABLEAU 5.4 - CELERITE ET PRESSION DE DETONATION CJ POUR
DIFFERENTS RATIO O2/N2 51
TABLEAU 6.1 - CONDITIONS EXPERIMENTALES DES DIFFERENTS TESTS
REALISES 53
TABLEAU A.1 - CARACTERISTIQUES DE DETONATION CJ POUR UN GAZ
POLYTROPIQUE A F CONSTANT SOUS
L'HYPOTHESE D'UN CHOC FORT 82
TABLEAU AII.1 - RESULTATS DE L'ETALONNAGE EN MASSE DE
L'ATOMISEUR AVEC DU DODECANE C12H26 84
TABLEAU AII.2 - RESULTATS DE L'ETALONNAGE EN MASSE DE
L'ATOMISEUR AVEC DU KEROSENE JET-A1 84
TABLEAU AII.3 - VALEURS DE RICHESSE DU KEROSENE JET-A1
OBTENUES POUR DIFFERENTS COUPLES DE
TRAVAIL (MJET-A1;MAIR) 87
TABLEAU AII.4 - RECAPITULATIF DES VALEURS DE RICHESSE DU
DODECANE C12H26 OBTENUES 90
TABLEAU AII.5 - VALEURS DE RICHESSE DU DODECANE OBTENUES DANS
LES TRAVAUX ANTERIEURS REALISES PAR
MODOU MAR (2012) 91
TABLEAU AII.6 - TEMPS DE MONTEE DES GOUTTELETTES AU SEIN DU
TUBE A DETONATION 93
TABLEAU AII.7 - NOMBRE DE REYNOLDS RE EN FONCTION DU DEBIT
D'AIR DE TRAVAIL 94
TABLEAU AIII.1 - SPECIFICATIONS ASTM DU KEROSENE JET-A1 96
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Introduction
L'étude de la détonation dans les
aérosols de carburants liquides, dispersés sous forme
d'aérosols de fines gouttelettes, est un domaine d'étude
relativement récent qui intéresse la sécurité
industrielle, le domaine militaire et de défense ou encore le domaine
aéronautique notamment en propulsion.
En effet, pour optimiser la sécurité dans le
domaine de la propulsion aéronautique et spatiale, il est
nécessaire de mieux connaître le risque de détonation dans
le cas d'éclatement des réservoirs et de dispersion sous forme
pulvérisée. Il s'agit également d'éviter toutes
explosions accidentelles de suspensions d'aérosols de gouttelettes
combustibles. En 1975, l'explosion de l'usine chimique de Flixborough a
entrainé la vaporisation de 45 tonnes de cyclohexane chaud et sous
pression à la suite de la rupture d'une conduite engendrant des
dégâts dans un rayon d'un peu plus de 2km.
Concernant le domaine militaire, les premières
générations d'armes à effet de souffle furent
conçues à la fin des années 1960, mais c'est vers le
milieu des années 1970 qu'apparaissent les premières versions
d'armes plus efficaces, désignées sous l'appellation de FAE
(Fuel-Air Explosives). Récemment, des conceptions proches ont
été créées sous la désignation d'explosifs
thermobariques ou explosifs à effet de souffle augmenté. Dans ces
systèmes explosifs, un matériau combustible est dispersé
dans l'air, au moment de l'explosion initiale de la munition, afin de
créer un brouillard (poussière ou aérosols liquides). Ce
brouillard de combustible est mis en détonation et engendre une onde de
souffle qui génère de grandes surpressions, ainsi qu'une boule de
feu. Dans ce type d'armes, les niveaux de surpression peuvent atteindre 2 fois
la surpression créée par des armes conventionnelles.
Toutefois, l'application la plus intéressante concerne
le domaine de la propulsion et consiste à utiliser ce type de
système réactif hétérogène pour la
propulsion par onde de détonation. De nombreuses recherches en ce
domaine ont déjà été effectuées depuis les
années 40 mais c'est vers la fin des années 90 que les premiers
moteurs utilisant ce principe de fonctionnement fait l'objet de
développements dans le secteur aéronautique et spatial. Ces
moteurs seront connus sous le nom de moteur à détonation
pulsée (Pulsed Detonation Engine, PDE) ou moteur à
détonation rotative (RDE). Parmi les solutions envisagées pour
faire
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fonctionner le PDE, l'utilisation d'aérosols de
gouttelettes liquides injectés dans la chambre de combustion est une
voie prometteuse.
Comparativement aux connaissances sur les détonations
gazeuses homogènes, les connaissances sur celles des mélanges
hétérogènes gaz-aérosols de gouttelettes liquides
sont limitées. Cela s'explique notamment en raison des
difficultés de réalisation d'expériences dans des
aérosols de caractéristiques bien contrôlées et
reproductibles et la complexité de la détonation dans ce type de
milieu. Modou MAR [2012] et Mohamed El-Amine BENHAMMED [2012], durant leur
thèse, ont tous deux contribué à la compréhension
des processus physiques et chimiques qui entrent en jeu dans les
détonations hétérogènes d'aérosols de
gouttelettes liquides d'hydrocarbures en atmosphère oxydante.
L'étude de la structure cellulaire de détonation s'est faite avec
une intention toute particulière car en ce domaine, les résultats
sont quasiment inexistants. MAR s'est concentré sur l'influence de la
granulométrie sur la détonation et BENHAMMED a
étudié l'influence de la cinétique chimique sur le
phénomène de détonation.
L'objectif de ce mémoire sera d'alimenter la base de
données existantes sur le sujet, et dont la nouveauté sera de
travailler avec un nouvel atomiseur permettant de produire des aérosols
de granulométrie théoriquement inférieur à 5 um.
Une autre nouveauté sera de travailler avec un carburant utilisé
en propulsion qui est le JET-A1 et, éventuellement, des monergols.
Ce travail de fin d'étude est organisé autour de
7 chapitres et scindé en deux parties. La première est
consacrée à l'état de l'art sur les détonations
organisée en deux chapitres :
Le chapitre 1 rappelle les notions générales des
détonations à travers une étude bibliographique. Les
différentes notions employées tout au long de ce mémoire
sont progressivement introduites.
Le chapitre 2 est consacré aux modes de
désintégration des gouttelettes par interaction avec une onde de
choc.
La deuxième partie est dédiée à
l'étude expérimentale des détonations de mélanges
hétérogènes et s'organisera autour de quatre chapitres
:
Le chapitre 3 décrit le dispositif expérimental
et les techniques d'analyse qui lui sont associées.
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Le chapitre 4 présente la caractérisation
granulométrique des aérosols.
Le chapitre 5 détaille les mélanges
réactifs utilisés pour cette étude, la phase
d'étalonnage de l'atomiseur générant les gouttelettes
ainsi que le calcul des paramètres de travail (couple de débits,
richesse, vitesse, temps de balayage,...).
Le chapitre 6 présente les résultats
expérimentaux obtenus dans des aérosols de carburant liquides.
Enfin, ce travail de fin d'étude s'achèvera par
un chapitre de synthèse des résultats expérimentaux ainsi
qu'une conclusion.
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