Chapitre 2
2. Influence des mécanismes de
désintégration et de vaporisation des gouttelettes sur la
détonation des aérosols de carburants liquides
Ce chapitre a pour but d'exposer les phénomènes
présents lors de l'interaction d'un aérosol de gouttelettes
liquides avec une onde de choc incidente, incluant le processus de
déformation et désintégration des gouttelettes ainsi que
le processus de vaporisation de celles-ci.
2.1 Propagation d'une détonation en présence
d'aérosols de gouttelettes liquides
Le schéma reprend la description de la structure d'une
détonation hétérogène dans des
aérosols de gouttelettes : Onde de choc
Sens de propagation
Gaz brûlés
Zone de gouttelettes en suspension
Zone d'induction
Zone de réaction
Figure 2.1 - Description schématique
d'une détonation dans un aérosol de gouttelettes
? Au sein du mélange frais (gouttelettes en
suspension), se déplace un front de choc incident en comprimant et
chauffant la phase gazeuse du milieu hétérogène de la
même manière que lors d'une détonation en phase gazeuse.
Considérant la vitesse des gouttelettes au niveau du front comme nulle,
une grande différence entre les vitesses matérielles des gaz et
des gouttelettes dans l'écoulement apparait derrière le front.
? Une déformation et une désintégration
rapide des gouttelettes constituant la phase dispersée [Nicholls, 1969]
s'explique par le fait que l'écoulement convectif derrière l'onde
de choc est caractérisé par des valeurs élevées des
nombres de Weber et de Reynolds. Les nombres de Weber et de Reynolds sont des
nombres sans dimension, le
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premier correspond au rapport des forces d'inertie et la
tension superficielle du liquide, et le second, permet de caractériser
un écoulement, en particulier sa nature et son régime laminaire,
transitoire ou encore turbulent.
? les fines gouttelettes obtenues par la
désintégration se mélangent avec la phase gazeuse
comprimée, s'échauffent et se vaporisent rapidement sous l'effet
de l'écoulement convectif, pour finalement s'enflammer. La propagation
de la détonation est assurée par la combustion du mélange
dans la zone de réaction.
? des explosions secondaires locales peuvent apparaître
dans le cas de grosses gouttelettes et engendrer des ondes de chocs
secondaires. Ces ondes peuvent rattraper l'onde de choc de tête et
renforcer la propagation de l'onde de détonation.
Dabora et al. [1979] soulignent que la mise en vitesse de la
phase dispersée se produit avec un délai derrière le front
de détonation, de par l'inertie et la densité des gouttelettes
liquides. Ce phénomène de relaxation a pour conséquence
directe d'allonger les temps d'induction et de réaction, ce qui peut se
traduire par un déficit de la célérité de
détonation et par un découplage du front de combustion et du
front de choc. Un déficit trop important de
célérité peut conduire une extinction de la
détonation, en raison d'une désintégration initiale des
gouttelettes insuffisante (gouttelettes très grosses, faible pression de
vapeur saturante).
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