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Thèse présentée à

Université de Rouen - Université des Sciences et Technologies

Discipline : Physique Spécialité : Energétique

Par

Feng XU

Soutenue le 13 mars 2007

Diffusion d’un faisceau quelconque par un sphéroïde et mesure en ligne de la vapeur humide par l’extinction spectrale de la lumière.
Jury

Directeurs de thèse
Maître de Conférences Kuan fang REN (France)
Professeur Xiaoshu CAI (Chine)

Rapporteurs
Xiang’e HAN, Professeur, Univeristé de Xidian, Chine.
James A. LOCK, Professeur, Université de Cleveland, Etats-Unis.
Cameron TROPEA, Professeur, Université Technique de Darmstadt, Allemagne.

Examinateurs
Gérard GOUESBET, Professeur, Institut National des Sciences Appliquées de Rouen (INSA de Rouen), France.
Gérard GREHAN, Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), France.
Cafer OZKUL, Professeur (Doyen), Université de Rouen, France.

Invité
Jean-marc DOREY, Ingénieur de Recherche, Electricité de France, R&D, France.

Résumé
La théorie de Lorenz-Mie généralisée (TLMG) est dévelopée pour la description de la diffusion d’un faisceau incident quelconque par un sphéroïde homogène. Les expressions analytiques d’amplitude des champs diffusés, des sections efficaces de diffusion, d’absorption, et d’extinction, de pression de radiation sont obtenues et des calculs numériques sont presentés. Pour enlever la contraite de la TLMG dans les calculs numériques pour un sphéroïde de grande taille, l’optique géometrique classique est étendu au cas d’un faisceau gaussien diffusé par un sphéroïde. En ce qui concerne l’expérience, un système optique sur la base de l’extinction spectrale de la lumière est développé et appliqué à la mesure de vapeur humide dans une turbine à EDF. L’influence de la diffusion multiple sur le spectre d’extinction et celle de la diffusion des particules situés dans le bord de zone de la mesure sont analysées en utilisant le modèle de Monte Carlo.

Mots clés : Diffusion de la lumière, Théorie de Lorenz-Mie, Sphéroïde, Optique géometrique, Pression de radiation, Extinction de la lumière, Métrologie optique, Vapeur humide

Abstract
The generalized Lorenz-Mie theory (GLMT) is developed to describe the interaction between an arbitrary shaped beam and a homogeneous spheroid. Analytical expressions of the amplitudes of the scattering fields, the scattering, absorption and extinction crosssections, and the radiation pressure are obtained. The numerical results are also presented. To overcome the drawback of the GLMT in numerical calculation for a large spheroid, the classical geometrical optics is extended to the case of Gaussian beam scattering by a spheroid. In experimental aspect, an optical system on the basis of the spectral light extinction method is developed and used for wet steam measurement in EDF. The influences of the scattering by the particles in the edge measurement zone and of the multiple scattering on the extinction spectrum are analyzed by using the Monte Carlo method.

Key words : Light Scattering, Lorenz-Mie theory, Spheroid, Geometrical optics, Radiation pressure, Light extinction, Optical particle sizing, Wet steam

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