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Développement d'un système d'anémométrie phase Doppler pour la caractérisation de sprays

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Suel, Pierre-Alexis (2019). Développement d'un système d'anémométrie phase Doppler pour la caractérisation de sprays. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le but de cette recherche est de développer un système de mesure permettant de déterminer le diamètre ainsi que la vitesse de gouttelettes de carburants dans des sprays par anémométrie laser. La connaissance de ces deux paramètres est en effet essentielle afin de caractériser les propriétés des sprays générés au sein des systèmes de combustion, et ce en vue d’améliorer l’efficacité des processus de mélange et d’oxydation des hydrocarbures, mais également afin de pouvoir observer et étudier les différences induites par l’utilisation d’un biocarburant en lieu et place d’un carburant pétrolier standard. Pour ce faire, l’anémométrie laser a été utilisée pour effectuer des mesures locales dans des sprays. Cette technique consiste à illuminer la zone d’étude à l’aide de deux faisceaux laser convergents, à collecter la lumière diffusée via l’emploi de photodiodes reliées à une carte d’acquisition pour finalement traiter le signal obtenu via un programme développé sous Matlab®. Une revue de littérature effectuée dans le cadre de ce travail a dans un premier temps permis de résumer les éléments théoriques gouvernant l’anémométrie laser. Cette étude bibliographique a en outre permis d’identifier et de comparer les différents systèmes d’anémométrie existants afin d’avoir une vision étendue des possibilités apportées par cette technique. Sur la base de cette analyse, une configuration standard phase Doppler à 3 détecteurs (PDA) a été retenue du fait de la préexistence d’un vélocimètre laser Doppler (LDV) au sein du laboratoire de Thermo-Fluide pour le Transport (TFT) de l’École de Technologie Supérieure (ÉTS) bien que ce dernier ne permettait pas de mesurer la taille des gouttes. Un code Matlab® a ensuite été développé pour extraire les informations pertinentes (vitesse et diamètre des gouttelettes) des signaux détectés par les photodiodes. Le principe de fonctionnement du système développé a été validé grâce à des mesures effectuées dans un spray généré à l’aide d’un nébuliseur servant à injecter de l’eau distillée. Les résultats obtenus ont en outre été comparés avec ceux issus de l’emploi d’une méthode d’ombroscopie. Des difficultés ont toutefois été mises en évidence notamment par rapport à la fréquence d’échantillonnage limitée de la carte d’acquisition utilisée ce qui ouvre ainsi la voie à des travaux complémentaires d’amélioration du dispositif mis au point dans le cadre de cette recherche.

Titre traduit

Development of a phase doppler anemometry system for the characterization of sprays

Résumé traduit

The purpose of this research is to develop a measurement system allowing the characterization of the diameter and the velocity of fuel droplets in sprays by laser anemometry. Knowing both these two parameters is indeed essential so as to characterize the properties of sprays generated in combustion systems with the view to improve the efficiency of air-fuel mixing and oxidation processes, but also to observe and study the differences induced by the use of a biofuel instead of a standard fossil fuel. To do so, laser anemometry has been used in order to perform local measurements in sprays. This technique consists in illuminating a specific region of the studied spray by means of two converging laser beams while collecting the scattered light using photodiodes connected to an acquisition card, the obtained signals being finally processed via a program developed with the Matlab® software. A literature review conducted as part of this work first summarized the theoretical elements governing the laser anemometry approach. This theoretical analysis also allowed identifying and comparing the different existing anemometry systems in order to have a broad vision of the possibilities provided by this technique. On the basis of this study, a standard Phase Doppler Anemometry (PDA) configuration with 3- detectors has been chosen due to the presence of a laser Doppler velocimeter (LDV) that, however, does not allow droplet size to be measured at the Thermo-Fluid for Transport (TFT) laboratory of École de Technologie Supérieure (ÉTS). A Matlab® code has then been developed to extract the relevant information (velocity and droplet diameter) from the signals detected by the photodiodes. The operating principle of the system developed has been validated through measurements made in a spray generated using a nebulizer used to inject distilled water. The results obtained have also been compared with those issued from the use of an ombroscopy technique. Difficulties have still been highlighted during this work (particularly regarding the limited sampling frequency of the acquisition card used) thus opening avenues for further works aiming at improving the system developed during this research.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 99-101).
Mots-clés libres: anémomètre phase Doppler (APD), vélocimétrie, sprays, traitement de signal
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Seers, Patrice
Codirecteur:
Codirecteur
Lemaire, Romain
Belleau, Christian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 07 févr. 2020 15:56
Dernière modification: 07 févr. 2020 15:56
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2445

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