Dispositif expérimental

Dispositif expérimental

58

Chapitre 2 – Etude de l’évaporation d’une gouttelette en chute libre dans l’air

Figure II. 1 : Schéma du dispositif expérimental.

Caméra

Haut parleur

Tube Piston Alimentation

liquide

Aiguille hypodermique

Oscilloscope

0.95 m

Collecteur Analyse d’image

Diodes - laser

Photodiodes Mesure de

la vitesse

Piège du faisceau laser

T °C Hr % T °C Hr %

2.69 m

Huile chauffée

Absorbeur d’humidité

Extraction d’air

Dispositif de soufflage Bain thérmostaté

Ω ΩΩ

Ω Thermomètre

Dispositif expérimental

60

4. 1. Générateur de gouttelettes

Le générateur de gouttelettes que nous avons développé durant la thèse nous a permis d’obtenir des gouttes émises avec une fréquence de chute bien déterminée et un diamètre quasi identique. Le générateur de gouttelettes se compose d’une partie rigide (haut parleur, piston, seringue et aiguille hypodermique) placé en haut de la colonne (figure II. 2), d’un générateur de tension (figure II. 3), d’un pousse seringue (figure II. 4) et d’un réservoir de liquide.

Figure II. 2 : Générateur de gouttelettes.

Figure II. 3 : Générateur de tension de type TG210.

Figure II. 4 : Pousse seringue.

Chapitre 2 – Etude de l’évaporation d’une gouttelette en chute libre dans l’air

Le générateur de tension TG210, excite la membrane du haut parleur par un signal électrique carré de fréquence et amplitude variables. Le mouvement vibratoire vertical bidirectionnel de la membrane est transmis à un piston rigide, léger et interchangeable qui est fixé au centre de la membrane du haut parleur d’un côté. L’autre côté glisse dans un tube d’une seringue immobile. Cette seringue est percée sur le côté pour être raccordé à l’arrivé du liquide. Son extrémité est fixée à une aiguille creuse. L’arrivé du liquide est assurée par un pousse seringue RAZEL, qui nous permet de garder un débit constant. Un réservoir de liquide nous permet d’alimenter régulièrement le pousse seringue. Un bain thermostaté nous permet de chauffer le liquide à une température donnée (figure II. 5).

Figure II. 5 : Bain thermostaté.

L’ensemble de ce dispositif donne naissance à une gouttelette dont le diamètre est directement lié aux caractéristiques vibratoires du générateur de tension, aux dimensions de l’aiguille hypodermique et du diamètre du piston.

4. 2. Dispositif d’acquisition et mesure de diamètre

La goutte ainsi formée, tombe sans vitesse initiale. La mesure du diamètre des gouttelettes est assurée par une installation équipée d’un dispositif vidéo. Une caméra CCD 12 bits à capteur CMOS progressif (SI-640HF(RGB)-CL, ELVITEC®¹), focalisée sur l’extrémité de l’aiguille hypodermique (figure II. 6) et équipée d’une source lumineuse intense placée en arrière plan, permet de réaliser une image nette de la goutte.

Ce dispositif nous permet de visualiser la formation de la gouttelette ainsi que le début de sa chute grâce à un logiciel d’acquisition (STREAMPIX®²). Une carte d’acquisition (Grablink Value), nous permet de faire des sauvegardes des images sélectionnées. La caméra est

1 www.elvitec.fr

2 www.norpix.com

Dispositif expérimental

62

connectée à un ordinateur et l’image est analysée par le logiciel DAVIS-LAVISION®³, le diamètre réel (figure II. 8) étant déterminé par calibration préalable en utilisant une mire (figure II. 7).

Figure II. 6 : Dispositif d’acquisition, caméra CCD.

Figure II. 7 : Image d’une mire, calibration pixels-millimètres.

Figure II. 8 : Images de gouttelettes obtenues.

3 www.lavision.com

1 mm

Chapitre 2 – Etude de l’évaporation d’une gouttelette en chute libre dans l’air

4. 3. Dispositif de mesure de la vitesse

Un montage optique à double niveau de détection (figure II. 8), développé dans le cadre d’une précédente étude (GUELLA), permet de mesurer la vitesse locale de la goutte. Pour chaque niveau de détection, un faisceau de lumière est généré par une diode laser. Lorsqu’une goutte traverse ce faisceau, la lumière (diffusion de Mie) émise par cette dernière est captée par une photodiode. L’ensemble optique est placé dans une chambre noire munie d’orifices pour le passage des gouttes. Le signal émis par chaque photodiode est transmis à un oscilloscope.

L’enregistrement de deux pics consécutifs permet de connaître le temps de passage de la goutte entre les deux détecteurs (figure II. 9). Le calcul de la vitesse locale de la goutte est alors possible puisque la distance entre les deux niveaux de détections est connue avec précision. La mesure de la vitesse instantanée d’une goutte est réalisée à différentes hauteurs de chute. L’ensemble des mesures décrit ainsi l’évolution complète de la vitesse d’une goutte, de zéro à sa vitesse terminale de chute.

Figure II. 8 : Dispositif de mesure de la vitesse instantanée de la goutte.

Dispositif expérimental

64

Figure II. 9 : Enregistrement de deux pics consécutifs par un oscilloscope.

4. 4. Dispositif du traitement d’air

Afin de bien contrôler les caractéristiques de l’air (hygrométrie et température), nous avons mis en place un dispositif qui se compose :

- D’une installation de soufflage d’air (figure II. 10) équipée d’un ventilateur et d’une résistance chauffante qui nous permet la régulation de la température de l’air, d’apporter de l’air chaud et d’augmenter le taux d’humidité relative, si besoin, avant de commencer l’exploitation.

Figure II. 10 : Dispositif de soufflage d’air.

Chapitre 2 – Etude de l’évaporation d’une gouttelette en chute libre dans l’air

- D’un absorbeur d’humidité (gel de silice) qui sert si besoin à diminuer le taux d’humidité avant de commencer l’étude.

- De deux sondes EL USB 2 Easy log, qui nous permettent de mesurer la température et l’humidité de l’air. Elles sont installées en haut et en bas de la colonne (voir la figure II. 1). L’enregistrement et le traitement des données se fait par l’intermédiaire d’un PC.

- D’un système d’extraction de l’air positionné en haut de la colonne (figure II. 11).

Figure II. 11 : Dispositif d’extraction d’air.

Résultats et discussions

66