Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Stage PFE ou DRT - 2007/08 : Tuyère diphasique à jet de brouillard, jet libre mécanismes de refroidissement et d’extinction

Laboratoire d’accueil

LEGI, Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels

Tuteur laboratoire

THIBAULT Jean-Paul, jean-paul.thibault(A)hmg.inpg.fr

Employeur dans le cadre d’un contrat de collaboration de recherche

ALCAN, centre de recherche Voreppe

Tuteur industriel

DUHOUX Vincent

Développement du sujet de recherche

Les tuyères diphasiques à jet de brouillard permettent de produire en continu un jet libre d’écoulement diphasique très finement dispersé (très grande aire interfaciale). Pour cela on réalise un mélange d’eau et de gaz sous pression (5 à 10 bars). Le mélange est détendu dans une tuyère de géométrie adaptée. Au cours de cette détente le gaz fournit un travail qui assure d’une part la propulsion du liquide et d’autre part son fractionnement en fines gouttelettes. Le jet sortant se présente alors sous forme de brouillard rapide (50 à 100 m/s). La quantité de gaz requise est remarquablement faible (0,5% à 3% en masse).
Les industries productrices de systèmes de protection incendie ont besoin de solution de remplacement des méthodes ancestrales conduisant à d’importants dégâts des eaux ou utilisant des gaz nocifs. Autour de ces thèmes une collaboration de recherche (laboratoire entreprise) a conduit le laboratoire à proposer des modèles d’optimisation géométriques des tuyères, à mettre au point des méthodes de mesure pour la caractérisation des jets et l’analyse des essais sur feux menés dans l’entreprise. Cette collaboration s’est concrétisée par un dépôt de brevet conjoint. Elle conduit aujourd’hui l’entreprise à commencer une commercialisation autour d’applications ciblées mais de nombreuses
Les industries productrices de métaux ont besoin, au cours de l’élaboration de matériaux à haute valeur ajoutée, de réaliser des refroidissements rapides et contrôlées de plaques de grandes dimensions. Les tuyères diphasiques à jet de brouillard permettent de produire en continu un jet libre d’écoulement diphasique très finement dispersé (très grande aire interfaciale) et rapide (50 à 100 m/s). Ces deux caractéristiques du jet ouvrent des perspectives remarquables d’application au refroidissement en raison de la bonne dynamique du jet et de sa forte aptitude aux vaporisations rapides.
Le travail proposé se déroulera dans le cadre d’une collaboration étroite entre les centres de recherche industriels et laboratoire de recherche. La compréhension et la modélisation de la dynamique de ces jets, ainsi que le rôle qu’elle joue dans les applications aussi bien de refroidissement que d’extinction constitue un enjeu majeur. Dans la continuité des travaux en cours, le travail proposé se concentre sur le jet libre. Il comporte d’une part un volet de modélisation et de simulation reposant sur un modèle dispersé 1D incorporant des lois de fermetures portant en particulier sur l’entraînement d’air ambiant. Il comporte d’autre part un volet expérimental destiné à ajuster et valider les lois de fermetures, les mesures associent des méthodes de visualisation, de granulométrie ainsi que des champs de température dans les zones d’interaction avec le jet. Un des objectifs, à plus court terme, est de relier les paramètres de contrôle de la tuyère avec les caractéristiques du jet et les performances de refroidissement et d’extinction.