Rôle de la turbulence gazeuse sur la fragmentation liquide – FragTurb

La fragmentation d'une phase liquide par un écoulement gazeux se produit via une cascade de mécanismes couplés. Ce processus est omniprésent dans les applications d'ingénierie qui visent à produire un spray de qualité et se retrouve dans de nombreuses situations naturelles. Au-delà d'un manque de compréhension des couplages, le rôle de la turbulence du gaz dans ces mécanismes n'a pas été étudié en détail. Le projet étudiera la fragmentation assistée par une turbulence gaz d’intensité variable, sur une large gamme de conditions. Le rôle de la turbulence et des couplages dans cette cascade de mécanismes sera établi. Les work packages (WP) 1-3 étudieront respectivement la déstabilisation du liquide, les structures liquides initialement détachées, et les populations de gouttelettes finales. Le WP4 portera sur l'identification des paramètres sans dimension pertinents pour différents régimes afin d'extraire la physique, les lois d'échelle et les modèles relatifs aux processus de fragmentation. Deux configurations d'atomisation, un atomiseur plan et un atomiseur coaxial, seront utilisées pour étudier la cascade de fragmentation avec et sans instabilités à grande échelle. En outre, une expérience fondamentale sera développée pour étudier la fragmentation des nappes et des gouttes liquides par un écoulement gazeux, depuis des écoulements à faible turbulence jusqu'aux écoulements où les fluctuations turbulentes sont uniquement responsables de la fragmentation. Le projet établira un cadre unique pour extraire les physiques couplées de la fragmentation et le rôle critique joué par la turbulence. Des comparaisons entre les deux configurations d'atomisation et l'expérience de fragmentation turbulente seront effectuées afin d'aider à extraire la physique des mécanismes individuels impliqués dans la cascade de fragmentation.

En raison de la forte dépendance des échelles avec les paramètres, les mesures par imagerie utiliseront des résolutions temporelles et spatiales variant dans une large gamme. La nature multi-échelle inhérente au processus sera également abordée par des approches multi-résolution utilisant des caméras à ultra-haute vitesse et des objectifs à grossissement variable. En outre, l'imagerie par rayons X sera exploitée pour étudier l'écoulement diphasique dense formé par la fragmentation turbulente assistée, en complément des mesures en lumière visible. Les populations finales de gouttelettes seront étudiées avec une combinaison d'outils : interférométrie laser, sonde optique à détection de phase Doppler et imagerie. Les prédictions et les lois d'échelle existantes sont souvent contradictoires car elles ne sont basées que sur un ou quelques mécanismes de fragmentation. Ce projet permet d'étudier l'ensemble du processus et la large gamme d'échelles temporelles et spatiales impliquées dans cet écoulement turbulent diphasique, en s'appuyant sur une approche expérimentale multi-échelle et multi-méthode.

Le projet fournira une large base de données ouverte des paramètres de fragmentation, qui pourra servir à la validation d’approches numériques et aider au développement de recherches expérimentales. L'amélioration de la compréhension de la fragmentation turbulente conduira à de nouvelles lois d'échelle fiables et à des modèles physiques avancés, fournissant une description fidèle des processus de fragmentation pour les simulations numériques. Ces outils pourront alors être couplés aux connaissances disponibles sur les autres processus impliqués dans les applications de fragmentation, et ouvriront de nouvelles voies pour le contrôle de la fragmentation. Cela permettra non seulement d'augmenter l'efficacité des processus, mais aussi d'assurer une meilleure fiabilité, avec des impacts économiques, environnementaux et de sécurité. Le contrôle actif des sprays est un outil nécessaire pour des applications telles que la propulsion aéronautique, où il offre un moyen d'assurer le redémarrage des moteurs à haute altitude en cas de pa