Analyse du Procédé d'Essorage au Moyen de la Vélocimétrie par Image de Particules et la Technique d'Absorption de Lumière

International audienceCe travail présente une caractérisation expérimentale du procédé d’essorage par couteau gazeux. Ce dernier constitue une méthode de revêtement continu, fortement utilisée en dans l’industrie du papier, la fabrication de films photographiques et les lignes de galvanisation.La méthode se base sur l’impact d’un jet de gaz bidimensionnel pour contrôler l’épaisseur d’un film liquide entraîné par une bande mobile. Le procédé est reproduit sur un modèle de laboratoire et sa dynamique instable est pour la première fois analysée en combinant plusieurs techniques de mesure optiques et de traitement de données telles que l’absorption de lumière (LAbs) pour caractériser l’évolution tridimensionnelle et temporelle de l’épaisseur du film liquide, la vélocimétrie par images de particules résolue en temps (TR-PIV) pour étudier l’aéraulique du jet et la fluorescence induite par laser (LIF) pour le suivi de l’interface gaz-liquide. Un lien entre le contenu fréquentiel de la non-uniformité du revêtement liquide et le comportement du jet est établi. Plus précisément, la dynamique du jet gazeux est décrite via la décomposition orthogonale aux valeurs propres à échelles multiples (mPOD) de l’ensemble des données TR-PIV. Elle révèle la présence d’oscillations à grandes échelles, couplées à l’instabilité de l’interface liquide impactée. L’analyse des spectres fréquentiels du jet et du film liquide montre que le mécanisme oscillatoire auto-entretenu produit une ondulation de grande longueur d’onde dans le produit final

Analysis of fluid hammer occurrence with phase change and column separation due to fast valve opening by means of flow visualization

This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication[Abstrac]: This paper presents an experimental investigation on the fluid hammer phenomenon generated when filling a pipe line under vacuum conditions with a closed end. This physical configuration, although it can be found in many piping configurations, it is of special interest in propulsion systems of satellites during priming operation. The fluid hammer taking place here not only leads to high pressure peaks in the fluid but also to low pressures, which can cause cavitation, gas desorption and liquid column separation. The study is carried out on a facility allowing flow visualization, which is achieved by replacing the pipe closed end by a quartz cylinder drilled with the same tube inner diameter. In this way, the flow can be recorded with high speed imaging at this location. The visualizations confirm that the pressure evolution is accompanied by a complex multiphase flow pattern. First of all, a foamy mixture of non-condensable gas, vapor and liquid droplets precedes the liquid front arrival at the bottom end. During the fluid hammer compression wave, the vapor condensates and the non-condensable gas gets compressed. Afterwards, the arrival of an expansion wave induces the movement of the liquid column backwards, with the corresponding pressure drop that generates a gaseous bubble referred to as column separation. Finally, the collapse of this bubble is at the origin of the next pressure rise.The present research activity was initiated and promoted by the European 280 Space Research and Technology Centre of the European Space Agency (ESTEC/ESA) through the GSTP activity AO/1-6210/09/NL/C

Contribution à l'étude de l'effet mirage (application aux mesures dimensionnelle et thermique par caméras visible proche infrarouge)

L Institut Clément Ader Albi (ICAA) et l Institut von Karman (IVK) mènent depuis un certain nombre d années des travaux sur la radiométrie IR dans le but de faire de la thermographie quantitative (mesure de température vraie sans contact). Ces travaux ont permis d explorer les potentialités de plusieurs bandes spectrales : 8-12 m, 3-5 m et plus récemment la bande 0,75-1,7 m (proche IR) à l aide de caméras CCD (Si) ou VisGaAs. Les travaux effectués dans ce domaine spectral ont permis de mettre en évidence un certains nombre de perturbations renforcées par les hautes températures(T>800C). Cette thèse aborde de façon détaillée le traitement d un certain nombre de grandeurs d influence liées à la mesure de différents paramètres dans le domaine du proche IR mais également étendus aux domaines du visible et de l IR. La première de ces grandeurs est l émissivité dont le traitement a déjà été abordé par d autres études. La seconde grandeur d influence touche plus particulièrement à la localisation des points chauds sur l objet et la distorsion du champ de température apportée par les effets convectifs présents autour d un objet à haute température, elle est le coeur de cette thèse. En effet, lorsqu une pièce chaude se trouve dans un milieu ambiant beaucoup plus froid, il se crée un gradient de température et donc d indice de réfraction autour de la pièce. Or les caméras travaillant dans les différentes bandes spectrales vont être plus ou moins sensibles à ces variations d indices de réfraction du fait de la dépendance de l indice optique avec la longueur d onde et de la résolution spatiale de la caméra utilisée. Ce phénomène, appelé effet mirage, entraîne inévitablement une déformation des informations spatiales reçues par la caméra. Le but de cette thèse a donc été d estimer et de proposer une première approche pour corriger l erreur faite sur la mesure de température et/ou de déformation faites par caméras sur des pièces chaudes. La démarche générale du travail a donc été dans un premier temps de calculer le champ de température autour de l objet considéré en se ramenant d abord à des cas simplifiés. On en a déduit alors le champ de réfraction entraînant une déformation de l objet, en faisant le lien entre T et n. Cette étape correspond à l approche numérique de notre étude. Cette étape numérique a été réalisé à l aide d un outil de lancer de rayons développée à l ICA. L approche expérimentale a consisté à l utilisation de méthodes telle que la BOS (Background Oriented Schlieren), la PIV, la srtioscopie afin de déduire le champ de déplacements provoqué par le panache convectif. Ces résultats ont été comparés à la méthode numérique et ceci pour différentes longueurs d ondes. Enfin, une stratégie de correction d images perturbées a été abordé à l aide de méthodes telles que la transformée d Abel inverse afin de remonter au champ d indice de réfraction 2D axisymétrique à partir d une déformation plane.The Clement Ader Institute of Albi and the von Karman Institute follow since numerous years works about IR radiometry with the aim to do quantitative thermography (true temperature measurement without contact). These works allowed to explore potentiality several spectral bands : 8-12 m, 3-5 m and recently the 0.75-1.7 m band (near IR) with the help of CCD camera (Si) or VisGaAs camera. Studies done in this specific domain have underlined some perturbations emphasized at high-temperature(T>800C). This work has to deal in details with the treatment of parameters playing a role in camera measurements. The first of these parameters is the emissivity, this treatment is made in another thesis. The second parameter affects particularly the hot spot location and the spatial distortion. This perturbation comes from convective effect present around every hot objects.The purpose of this thesis is to analyze this effect and to correct it. Indeed, when a hot object is in a colder surrounding media, a temperature gradient is shaped around the object and thus a refractive index gradient too. This phenomena brings inevitably distortions of the spatial information received by the camera. The goal of this work will be to estimate and correct error made on temperature and/or distortion measurement by CCD or VisGaAs camera on hot object.We chose to focus our work on the convective plume created by a hot horizontal disk. This study will be done with an experimental and a numerical approach. For the numerical approach, a raytracing code has been developed in order to obtain numerically the displacement due to the light deviation occurring in the perturbation. The input data of the code is the refractive index of the hot air present around the object. This refractive index, depending on the wavelength, can be found directly from the temperature thanks to the Gladstone-Dale law. The temperature is given by a CFD software such as FLUENT. Experimentally, we will use the Background Oriented Schlieren (BOS) method in order to retrieve the displacement. We can see that the displacement can reach 4 pixels in the plume (corresponding to 1mm in this case). This perturbation has been studied for several spectral bands (visible, near infrared, infrared). Finally, some solutions of correction are given, like using the inverse Abel Transform in order to retrieve from the 2D displacement, a 3D (axisymmetric) refractive index field that we will implement in the ray-tracing code and consequently predict the displacement for any kind of wavelength or distance (distance between the camera and the object).TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Caractérisation par technique PIV des écoulements moyens et transitoires dans un modèle à eau d'un réacteur de recherche

International audienceLa modélisation physique du circuit primaire d'un nouveau type de réacteur nucléaire apporte des informations importantes au niveau du comportement thermo-hydraulique. Dans le cadre des études R&D pour le réacteur MYRRHA, développé par le centre belge de l'énergie nucléaire (SCK-CEN), un modèle à eau à échelle réduite a été construit à l'Institut von Karman. Des mesures PIV caractérisent l'écoulement dans différents plans du modèle à eau. Pour obtenir des images de qualité dans un environnement présentant aussi peu d'accès optique, une méthodologie a été développée, basée sur l'utilisation d'images de calibration. L'utilisation d'un ensemencement à base de particules fluorescentes a permis également d'augmenter considérablement le rapport signal/bruit. Les résultats sont présentés pour deux modes de fonctionnement du modèle à eau: condition nominale et convection naturelle. Des informations importantes au niveau du champ de vitesse à l'entrée du réacteur et plus particulièrement sur l'importance de la composante radiale de la vitesse ont pu être extraites. Ces données servent à la validation des codes de simulation numérique

Application des méthodes de visualisation pour la caractérisation expérimentale du phénomène de cavitation

International audienceLe but de cette étude est la caractérisation du phénomène de cavitation d’un écoule-ment liquide au passage d’un orifice. Trois différents orifices sont testés et la nature de l’écoulement est clairement identifiée au moyen de visualisations obtenues par une caméra à haute vitesse. D’abord, une caractérisation de la dynamique spatiale et temporelle de l’écoulement en cavitation est proposée. Plus précisément, dans la phase initiale de la cavitation, la vitesse des structures de vapeur est déterminée au moyen des diagrammes espace-temps. Les vitesses obtenues pour les trois orifices sont comparées entre elles. L’analyse spectrale des signaux extraits des niveaux de gris est aussi présentée. La fréquence de propagation des structures de vapeur est obtenue. La transformée de Fourier de ces signaux montre des fréquences caractéristiques entre100et300Hz. Des pics aux plus hautes fréquences se développent lorsque le nombre de cavitation descend en-dessous de0.

Mesures de stéréo-PIV dans une cuve agitée

International audienceLes écoulements en cuve agitée se retrouvent dans de nombreuses applications industrielles comme l’agroalimentaire, le pharmaceutique, ou encore l’industrie chimique. Les écoulements présents dans ce type d’installation rotative sont largement tridimensionnels et particulièrement non symétriques lorsque la cuve est munie de contre pales. La modélisation de ces écoulements n’est donc pas aisée, et se complexifie d’autant plus lorsque plusieurs phases coexistent dans la cuve.L’objectif de cette étude conjointe entre l’Institut von Karman et le CETIM est de créer une base de don-nées expérimentale pour la validation des codes numériques destinés à la simulation d’écoulements en cuve agitée. Le projet comprend plusieurs étapes qui vont de mesures en écoulement monophasique, jusqu’à des mesures diphasiques de mélange solide – liquide et liquide – gaz. Cette communication traite des résultats expérimentaux de la première étape qui se focalise sur l’écoulement purement liquide.L’installation expérimentale est une cuve cylindre transparente en Plexiglass dont la hauteur et le diamètre font 638 mm. Elle comprend trois contre-pales, elles aussi en Plexiglass, séparées de 120°, et descendant jusqu’à quelques millimètres de son fond plat. L’axe central de rotation est muni une turbine à 4 pales. Deux turbines, de diamètre égal à 40% de celui de la cuve, sont testées ; la première est constituée de pales à 90°alors que dans la secondes les pales sont inclinées à 45°. La turbine se situe à 30% du fond de cuve.L’étude expérimentale utilise l’eau comme fluide pour les mesures en régime turbulents. Les trois composantes du champ de vitesse dans un plan horizontal situé au milieu des pales, et dans un plan vertical situé en aval d’une contre-pale sont mesurées par application de la stéréo-PIV (SPIV). Les écoulements créés par les deux types de pales avec sans contre-pales, et ce pour trois vitesses de rotation différentes (3 tpm, 15 tpm et 90tpm), sont comparés. L’analyse des mesures SPIV dans le plan horizontal ont nécessité l’implémentation d’un système dynamique de masque afin d’éliminer les erreurs dues à la présence de réflexions de particules sur les pales, du fait de leur caractère transparent.Les champs de vitesse moyen et de l’intensité de turbulence seront présentés. Du fait de la rotation des pales,deux définitions de valeur moyenne seront considérées ; tout d’abord une moyenne sur toutes les images mesurées, puis une moyenne effectuée uniquement sur les images correspondant à une position identique des pales.Enfin, les mesures effectuées à une vitesse de 15 tpm permettront de montrer, via une analyse fréquentielle des champs de vitesse, quelle partie de l’écoulement est directement influencée par la rotation des pales

Etude expérimentale et théorique de la formation de non-uniformités thermiques dans un empilement compact de particules sphériques actives refroidies au gaz

Doctorat en Sciencesinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

Low Kapitza falling liquid films

Low Kapitza liquids, such as mineral or vegetable oils, have a low surface tension and a high viscosity. In these liquids, capillary forces and extensional viscous dissipation play an equal role in damping interface deformation, resulting in a configuration which challenges the long wavelength assumption at the origin of low-dimensional models for falling films. This paper presents time-resolved 2D thickness measurements of a vertical falling film of Dipropilene Glycol (Ka=3.7±2%) using the light absorption technique. The test cases are in the low Reynolds number regime (Re=1–6), with a flow rate pulsing at frequencies in the range fp=12–24Hz. Different liquid film responses to the perturbation are reported, including growing waves, fully developed traveling waves and sinusoidal waves under period doubling instability. For the fully developed waves, simple dimensionless correlations for wave celerity, wavelength and wave profiles are proposed using the Skhadov scaling. The wave characteristics are compared to those of 2D waves in high Kapitza liquid films, as described by Nosoko's correlation (Nosoko et al. 1996).SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Multi-scale proper orthogonal decomposition (mPOD)

International audienc