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La soufflerie à bas niveau de turbulence

La soufflerie Lespinard, du nom de son fondateur, est l’un des grands équipements du LEGI. Elle est utilisée pour étudier les écoulements turbulents (mono et diphasiques), accueille des personnels en thèse, permanents et de nombreux étudiants de l’Université Grenoble Alpes pour des travaux pratiques sur l’étude de la turbulence.

La soufflerie est un circuit fermé. Ses dimensions globales sont de 5 mètres de haut, 16 mètres de long et 2.5 mètres de large. La veine d’essais mesure 4 mètres de long. Sa section est carrée (0.75x0.75 m²). Le pilotage de deux moteurs tournant à la même vitesse avec des sens de rotation inversés permet à la fois d’éviter la turbulence à grande échelle (cas laminaire) et l’insertion d’une grille (cas turbulent).

Les vitesses peuvent atteindre 45 m/s dans la veine d’essai. La stabilité de l’écoulement est assurée à 0.2% près. Une chambre de tranquillisation équipée de grilles fines, suivie d’un convergent permet de réduire l’intensité turbulente résiduelle à un niveau très bas (< 0.1%). La soufflerie, construite à l’origine pour faire des recherches sur la transition laminaire-turbulent, est utilisée par plusieurs équipes pour diverses études, dont :

  • La diffusion d’un scalaire passif / actif en turbulence de grille.
  • La mesure de vorticité en turbulence développée dans le contexte de l’autosimilarité incomplète.
  • La concentration préférentielle des particules inertielles dans un écoulement turbulent.
  • La vitesse de chute des gouttelettes d’eau dans un écoulement turbulent.
  • Différents aspects de la turbulence fondamentale : turbulence de grille, sillage turbulent, la couche limite, etc.

L’instrumentation associée et le système tridimensionnel de déplacement des sondes

La vitesse peut être mesurée grâce à un tube de pitot installé dans le convergent et un micromanomètre. Nous utilisons également un système d’anémométrie à fil chaud avec un ou plusieurs fils. Des mesures pour visualiser la turbulence sont également utilisées : capture d’image à haute vitesse avec injection de gouttelettes (particules inertielles). Des mesures laser : Particle Imaging Velocimetry (PIV), Phase Doppler Interferometry (PDI) sont réalisées. La zone de la soufflerie est protégée des rayonnements laser par l’installation d’une cabine en cuir qui nous permet d’utiliser le laser en toute sécurité.

Un système 3D de déplacement des sondes (fil chaud, anémomètres soniques ou à coupelles...) est installé dans la veine d’essai. Il a récemment été calibré pour afficher la position réelle des sondes sur les trois axes.

La grille active

La grille active peut être insérée entre le convergent et la veine d’essai. Elle est constituée de 16 axes (8 horizontaux et 8 verticaux). Chaque axe est piloté de façon indépendante par un variateur relié à un moteur. Ces moteurs permettent de piloter la vitesse et la direction des lames grâce à une interface utilisateur multi langage (anglais, français, espagnol) développé sous LabVIEW au laboratoire.

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La soufflerie est utilisée pour des projets de recherche et d’enseignement depuis sa construction en 1965. Elle a récemment été modifiée (changement des deux turbines contra rotatives en 2013, remplacement de la veine d’essai en 2015, rajout d’un mode de fonctionnement local pour piloter les deux moteurs en même temps par une alimentation externe en 2017). De nouvelles perspectives s’offrent à nous et sont en cours de développement pour l’instrumentation de ce grand équipement : régulation PID de la vitesse par l’utilisation de la sortie analogique du micromanomètre, pilotage du système de déplacement tridimensionnel par le logiciel LabVIEW.