1.2. Détonation en milieu
hétérogènes gaz/gouttelettes liquides
1.2.1. Les détonations
hétérogènes
Les premières études de détonations de
gouttelettes liquides ont débutées dans les années
cinquante. Burgoyne et Cohen ont observé une détonation ou
quasi-détonation d'aérosols liquides en atmosphère
oxydante en 1954. Ce n'est que dans les années 80 et jusqu'au milieu des
années 90 que des études sur la détonation
d'aérosols de carburants liquides ont été menées
pour déterminer la détonabilité de ces mélanges.
Toutefois, les résultats expérimentaux restent en nombre
limité.
1.2.2. Synthèse des principaux travaux
antérieurs
Dans les années 50, les premières études
de détonations de gouttelettes liquides ont vu le jour. C'est en 1954
que Burgoyne et Cohen ont observé une détonation
d'aérosols liquides en atmosphère oxydante. Entre les
années 80 et 90, des études pour déterminer des limites de
détonabilité ont été réalisées sur
des aérosols de carburants liquides.
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Les applications en lien avec ces recherches, concernent le
domaine de l'aéronautique, des applications en matière de
propulsion, les réacteurs aéronautiques, les moteurs diesels mais
aussi la sécurité industrielle ainsi que des applications de
défense. Récemment, le moteur à détonation
pulsée (PDE, Pulse Detonation Engine) suscite un intérêt
croissant. L'utilisation de carburants liquides dans le PDE présente
l'avantage de réduire le volume et le poids du moteur.
Dans les années 60, les travaux de Williams concernent
l'analyse théorique monodimensionnelle des détonations de
brouillard de gouttelettes liquides très peu volatiles en
atmosphère gazeuse. Par la suite, Webber [1962] et Cramer [1963] ont
conduit des expériences systématiques sur la détonation
d'aérosols liquides. Cramer relève que la
désintégration mécanique des gouttelettes est
nécessaire pour produire un aérosol de gouttelettes de taille
inférieure à 10 um afin d'apporter une quantité suffisante
de vapeur pour entretenir la détonation. De plus, il remarque qu'une
richesse élevée est une condition favorable à l'entretien
de la détonation. D'autres études ont été
menées dans la seconde moitié des années 60. De ces
études est ressorti que la structure de l'onde de détonation d'un
mélange hétérogène constitué
d'aérosols de gouttelettes liquides est plus complexe que celle d'une
détonation gazeuse. Durant les années 90, des études
concernant l'initiation et la détonabilité de mélanges
biphasiques ont vu le jour : citons les travaux de Benedick et al. [1989],
Boiko et al. [1991]; Dabora et al. [1991], Papavassilou et al. [1993] ... Plus
particulièrement, les travaux de Brophy et al. [2000] et Zhang et al.
[2001] ont établis une série de résultats concernant la
détonabilité de différents carburants suivant leur taille
de gouttelettes et différentes méthodes d'initiation.
Globalement, l'ensemble des travaux expérimentaux
effectué sur les détonations hétérogènes
gaz/gouttelettes, beaucoup moins avancé que l'étude des
détonations en phase gazeuse, montre que si les gouttelettes sont de
tailles assez petites, ces détonations peuvent se propager à des
célérités suffisamment proches de celles observées
en phase gazeuse. Par contre, pour les tailles de gouttelettes d'aérosol
plus importantes, de l'ordre du millimètre, la détonation pour
les mélanges biphasiques est difficilement observable. De plus, la
célérité observée est souvent inférieure
à la célérité du mélange gazeux
équivalent. Toutefois, les pertes pariétales, la divergence de
l'écoulement, la combustion incomplète des gouttelettes avant le
plan CJ et la déperdition d'énergie libérée due
à son transport vers l'arrière de l'onde de choc sont
considérés comme étant la cause du déficit en
célérité.
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