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RÉSUMÉ
Omniprésente dans les phénomènes naturels ainsi que dans l'industrie, l'atomisation est une transformation de la matière très spécifique. Bien que certains cas puissent être déduits précisément de la théorie, la plupart des techniques ne donnent que des tendances et des aspects qualitatifs. Toutefois, grâce aux supercalculateurs modernes, de nombreuses simulations numériques sont menées afin de caractériser les phases dispersées. Cela permet donc d'étudier au mieux de façon empirique les distributions détaillées et les tailles de gouttes obtenues.
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Luis LE MOYNE : Docteur en mécanique, habilité à diriger des recherches - Ingénieur de l'École nationale supérieure d'arts et métiers (ENSAM) - Professeur des universités, institut supérieur de l'automobile et des transports, université de bourgogne, Nevers
INTRODUCTION
L'omniprésence des phases dispersées (liquides pour les gouttes, solides pour les particules), dans la nature et dans l'industrie, dont le processus de formation est communément appelé atomisation ou pulvérisation, n'est pas à démontrer. La description des processus et mécanismes physiques mis en jeu lors du passage d'une phase continue liquide à une phase dispersée se révèle complexe. Alors que les caractéristiques (taille et vitesse) des gouttes peuvent être déduites précisément de la théorie pour quelques cas d'école d'atomisation, seules les tendances et aspects qualitatifs peuvent être obtenus dans la plupart des cas. Nous verrons dans cet article qu'il n'en demeure pas moins que de nombreuses simulations sont menées afin de caractériser les phases dispersées, aidées il est vrai en cela par l'émergence de calculateurs modernes. Les techniques de mesures spécifiques à l'atomisation seront ici abordées, ainsi que les distributions détaillées des tailles de gouttes obtenues de façon empirique afin de parer à la difficulté d'obtention des prédictions théoriques.
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1. Simulations numériques
Compte tenu de la complexité du phénomène d'atomisation, il a été envisagé dès l'apparition des moyens de calcul intensif, de les utiliser pour prévoir les caractéristiques des brouillards de gouttes obtenus, ainsi que leur évolution. Malgré la puissance des calculateurs modernes, des modèles simplifiés sont encore largement utilisés dans l'industrie, bien que les simulations directes du phénomène connaissent un essor important ces dernières années. On se propose ici de donner un aperçu des principales techniques utilisées.
1.1 Modèles simplifiés
1.1.1 Modèle d'analogie de Taylor (TAB)
Dans cette approche, le cylindre liquide en sortie de l'injecteur (ou les gouttes issues d'une première atomisation) est assimilé à un système masse-ressort avec amortissement. L'oscillateur est forcé par l'interaction aérodynamique. Le terme inertiel comprend la masse de la goutte, ou de la parcelle du jet que l'on estime se pulvériser, la force du ressort est constituée par la tension superficielle et l'amortissement lié à la contrainte visqueuse.
Le bilan de ces forces mène à l'équation :
où y est le paramètre de distorsion du diamètre (si y > 1, la goutte casse), r est le rayon de la goutte, μ, σ et ρ sont la viscosité, la tension superficielle et la masse volumique du liquide, ρm...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - BREMOND (N.), VILLERMAUX (E.) - Atomization by jet impact. - J. Fluid Mech., vol. 549, p. 273-306 (2006).
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(6) - LEFEBVRE (A.H.) - Atomization and sprays. - Taylor...
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