2.2 Mode et régime de désintégration
de gouttelettes liquides
2.2.1 Désintégration d'un jet liquide
Quand un jet liquide débouche à
l'atmosphère sous forme de cylindre, la compétition entre forces
cohésives et forces « destructrices » à la surface du
jet donne lieu à des oscillations et des perturbations. Rayleigh a
montré que le jet est par nature instable et que les oscillations
s'amplifient jusqu'à désintégration en gouttes. Les
gouttes ainsi formées peuvent être elles-mêmes instables,
d'où possibilité d'atomisation secondaire. Ce n'est que si la
longueur disponible pour le jet est inférieure à la distance
à laquelle la désintégration se produit qu'il peut
paraître stable.
Plusieurs mécanismes de fragmentation se
succèdent lorsque l'on augmente progressivement la vitesse du jet. Le
premier (pour des écoulements très lents c'est à dire
à bas nombre de Reynolds) est le mécanisme de Rayleigh,
instabilité dynamique intrinsèque au jet, qui conduit à
des gouttes dont le diamètre est supérieur à celle de la
buse.
Lorsque la vitesse du jet augmente, les forces
aérodynamiques renforcent le mécanisme de Rayleigh, produisant
des gouttes dont la distribution granulométrique est plus
dispersée. Reitz parle de « first wind induced breakup »
(première zone d'instabilité aérodynamique), pour lequel
la fragmentation se produit au bout d'un nombre important de diamètres
en aval de l'orifice, et pour lequel le diamètre des gouttes reste de
l'ordre du diamètre du jet. Arrive ensuite le « second wind induced
breakup » (deuxième zone d'instabilité
aérodynamique), lié à des petites vagues à la
surface du jet. La fragmentation a lieu après quelques diamètres
de l'orifice seulement et le diamètre des gouttes est très
inférieur au diamètre de l'orifice car le jet est
déstabilisé par la force aérodynamique de cisaillement. Si
la vitesse d'injection augmente encore, la force de cisaillement devient telle
que le jet se désintègre dès la sortie de l'orifice et les
tailles de gouttelettes sont très fines.
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Figure 2.2 - Mode de fragmentation
mécanique d'un jet liquide dans un milieu gazeux selon Reitz [1987]
2.2.2 Modes et régimes de
désintégration de gouttelettes liquides
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