Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels

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Le tunnel hydrodynamique


Le tunnel hydrodynamique du LEGI est un moyen d’essais particulièrement adapté à l’étude des écoulements rapides cavitants et supercavitants. Il est équipé de deux veines montées en parallèle de 2,50 m de longueur qui peuvent recevoir divers types d’équipements. La boucle hydrodynamique comprend les organes suivants (énumérés dans le sens de l’écoulement) : un groupe moteur-pompe avec régulateur de vitesse, un système de résorbeurs, un débit-mètre, les veines d’essais, une précuve aval et une cuve aval. Divers équipements annexes complètent l’équipement général du moyen d’essais tels que pompe à vide, dispositifs de réglage de pression, capteurs divers, système de commande et d’acquisition, système de contrôle de la qualité de l’eau…

La pompe est une pompe centrifuge à un étage et deux ouïes permettant un débit maximal de 750 l/s sous 20 m de charge à 1120 T/mn. Elle est entraînée par un moteur à courant alternatif à collecteur dont la puissance est de 165 kW. Sa vitesse de rotation peut être réglée entre 200 T/mn et 1200 T/mn par un transformateur triphasé à noyau mobile télécommandé modifiant la tension du rotor, ce qui permet ainsi de varier le débit dans l’installation.

Les résorbeurs ont une double fonction. En augmentant le temps de séjour de l’eau dans l’installation, ils permettent de résorber les petites bulles entraînées par la pompe. Ils permettent également d’évacuer la chaleur produite par dissipation d’énergie dans le circuit et de maintenir ainsi l’eau d’essai à une température constante. Ils sont constitués de deux conduites de grand diamètre (900 mm), montées en parallèle, de longueur 6,50 m, disposées à la partie basse de l’installation et noyées dans une capacité de réserve de 130 m3.

Le débit-mètre est disposé dans une partie rectiligne cylindrique de la colonne montante. Il s’agit d’un débit-mètre à hélice qui envoie 60 impulsions par tour à un compteur électronique. L’étalonnage du débit-mètre permet de connaître le débit avec une précision inférieure à 1%.

Les veines d’essais sont alimentées par un coude à 16 ailettes de 800 mm de diamètre dont le design a été particulièrement soigné en raison des conditions sévères de cavitation qui peuvent régner dans l’installation. A la sortie du coude, l’écoulement est contenu dans une conduite cylindrique horizontale de 800 mm de diamètre dans laquelle la vitesse moyenne ne dépasse pas 1,5 m/s au débit maximal. La faible vitesse d’écoulement ainsi que des systèmes de nid d’abeille assurent un très faible taux de turbulence dans les veines d’essais, inférieur à 0.15%. Les conduites circulaires sont raccordées aux veines d’essais par l’intermédiaire de convergents à section rectangulaire optimisés pour n’être le siège d’aucune cavitation et conduire à une distribution de vitesse uniforme.

La précuve aval dans laquelle se jette les veines d’essais permet de séparer 90% de l’air injecté. Le tunnel permet ainsi de réaliser des essais nécessitant l’injection de grandes quantités d’air dans les sections d’essais (jusqu’à 5,5 g/s) comme pour l’étude des écoulements ventilés. La précuve est reliée à la cuve aval de 6 m de longueur et de 2 m de diamètre qui a un rôle complémentaire de désaération et de dégazage de l’eau d’essais.

Le tunnel est équipé d’un système de contrôle et de mesure de la qualité de l’eau en terme de germes de cavitation. Le système permet d’injecter, en amont des veines d’essais, des microbulles qui constituent des germes de cavitation. Elles sont produites par la détente d’eau engazée sous une pression de 2 à 5 bars à travers divers types d’injecteurs spécialement conçus pour la production de germes de cavitation. Le système de mesure associé est constitué d’un venturi dans lequel les germes de cavitation sont déstabilisés et explosent. Le comptage est réalisé par un capteur piezoélectrique en paroi qui détecte chaque collapse et permet ainsi de mesurer la concentration de l’eau en germes de cavitation. Divers organes annexes au système d’injection et de mesure permettent, par des procédés de dilution, d’obtenir une grande dynamique dans les conditions d’injection et de mesure de germes de cavitation. L’ensemble du dispositif permet d’analyser de façon détaillée l’influence de la qualité de l’eau sur les conditions de naissance et de développement de la cavitation.


Son taux de turbulence très faible (< 0.15 %), ses capacités d’injection de grandes quantités d’air sans recirculation (jusqu’à 5,5 g/s), son système de contrôle de la qualité de l’eau, ses cuves aval de grand volume et l’ensemble de ses équipements font du tunnel hydrodynamique du LEGI un moyen d’essais exceptionnel pour l’étude d’un grand nombre d’écoulements et en particulier les écoulements cavitants et ventilés, qu’ils soient permanents ou non. Depuis sa mise en service en 1967, le Tunnel Hydrodynamique du LEGI a subi plusieurs évolutions technologiques majeures. En 2004, des aménagements importants ont été réalisés sur la deuxième veine en vue d’accueillir le banc d’essais d’hydroliennes pour le projet HARVEST.