Contexte
La cavitation survient dans un écoulement initialement liquide lorsque la pression statique atteint la pression de vapeur du liquide, en raison d’une dépressurisation ou d’une élévation locale de la vitesse d’écoulement. Ce phénomène provoque alors un changement de phase : une partie de l’eau liquide se transforme en vapeur. Les structures de vapeur ainsi formées sont entraînées par l’écoulement vers des zones de pression plus élevée où elles implosent violemment. Ces implosions génèrent des fluctuations de pression, du bruit, ainsi que des vibrations. Lorsqu’elles se produisent à proximité des parois et avec une intensité suffisante, elles peuvent endommager les matériaux, entraînant une perte de matière progressive appelée érosion de cavitation.
À ce jour, aucune méthode complètement validée ne permet de prédire ce phénomène ou de mesurer, avec précision, la vitesse d’usure induite par la cavitation. Les verrous scientifiques à lever sont encore nombreux pour bien comprendre et caractériser les mécanismes physiques associés en vue de garantir une maîtrise durable des outils de production.
Objectif et résultats attendus
Le premier objectif de la thèse est de proposer une méthode pour détecter la présence de la cavitation et donner une grandeur caractéristique de l’« intensité de cavitation » (i.e., de l’agressivité) de l’écoulement cavitant à partir des signaux mesurés par ultrasons.
L’étude expérimentale se fera en deux étapes :
Dans un premier temps, on s’intéressera à l’échelle d’une bulle de vapeur implosant à proximité d’une paroi solide. Des campagnes d’essais pour analyser l’implosion d’une bulle générée par laser dans une cuve pressurisable seront menés en collaboration avec différents partenaires. On pourra ainsi associer aux mesures par ultrasons, des analyses de marquage sur des échantillons de différents matériaux, des mesures par hydrophone, par capteur de pression et/ou des visualisations.
On appliquera la méthode également pour caractériser des écoulements cavitants au sein de différentes boucles d’essais (en géométrie fixe et en machines tournantes) et lors d’essais in-situ.
Pour plus d’information
Cornel.Ioana (A) grenoble-inp.fr
Regiane Fortes-Patella
Gildas.Besancon (A) grenoble-inp.fr