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Thèse présentée à

Université de Rouen

Discipline : physique
Spécialité : énergétique

Par

Sylvère ADELINE

Soutenue le 18 juin 1999

Etude expérimentale d’instabilités interfaciales d’un jet liquide par analyse d’image et transformée en ondelettes.
Jury

J. B. BLAISOT, Maître de Conférence à l’Université de Rouen
G. BRENN, Privat-Dozent Dr. Ing. Habil. à l’Université d’Erlangen (All.)

Président
B. CHERON, Professeur à l’Université de Rouen

Rapporteurs
P. HEBRARD, Directeur à l’ENSICA
A. SOUCEMARIANADIN, Professeur à l’Université de Grenoble

Directeur de thèse
M. LEDOUX, Professeur à l’Université de Rouen

Ce mémoire présente une étude expérimentale de l’instabilité d’un jet liquide cylindrique dans une atmosphère calme issu de buses de différentes longueurs. Cette étude est basée sur la réalisation d’une technique particulière d’imagerie destinée à l’analyse des interfaces du jet liquide. Des outils de traitement d’image et d’analyse par ondelettes ont été développés pour permettre une analyse statistique de plusieurs grandeurs caractéristiques de l’instabilité du jet en chute libre : la longueur de rupture, le nombre d’onde, le taux de croissance et l’amplitude interfaciale de perturbation. Le suivi temporel des phénomènes a été également réalisé pour les mesures de ces grandeurs et ainsi de la célérité d’onde. Un dispositif d’excitation électrohydrodynamique du jet liquide a été mis en place permettant d’étudier l’influence de l’amplitude initiale de perturbation.
Les résultats expérimentaux ainsi obtenus en fonction de la vitesse du jet en chute libre sont comparés avec les prédictions des théories d’instabilités temporelles et spatiales. Ces comparaisons ont montré la concordance entre l’expérience et ces théories pour les faibles vitesses du jet et la divergence importante entre celles-ci pour les vitesses plus importantes. Le point critique correspondant au maximum de la longueur de rupture du jet est attribué à un phénomène qui semble lié aux conditions de l’écoulement en sortie de buse. La diminution de l’amplitude initiale de perturbation estimée au niveau de la sortie de buse avec la vitesse du jet avant ce point critique est observée, celle-ci de manière indépendante du taux de croissance et du nombre d’onde. Cette étude a montré l’incidence de l’effet dynamique sur les processus de rupture du jet tel le profil de vitesse en sortie de buse et sa relaxation.

Mots clés :
Ecoulement diphasique, Jet cylindrique, Instabilité interfaciale, Imagerie, Métrologie optique, Analyse d’image, Analyse par ondelettes, Excitation électrohydrodynamique

Abstract :
This memory presents a experimental study of the instability of a cylindrical liquid jet in a quiet atmosphere issued from the nozzles of different length. This study is based on the realization of a particular imaging technique to the analysis of liquid jet interfaces. Tools of image processing and wavelet analysis have been developed to permit a statistical analysis of several characteristic scales of the jet instability in free fall : the break-up length, the wave number, the growth rate and magnitude of perturbation. Time resolved measurements have also been achieved to determine these scales and the wave celerity. A device of electrohydrodynamic excitation of the liquid jet has been made to study the influence of the initial magnitude of disruption.
The experimental results thus gotten according to the jet in free fall are compared with predictions of the temporal and spatial instability theories. These comparisons showed the concordance between the experience and these theories for the low jet velocities and the important divergence between these for the more important velocities. The critical point corresponding to the maximum of the jet break-up length is assigned to a phenomenon that seems bound to conditions of the flow in nozzle exit. The initial magnitude of the disruption estimated at the level the nozzle exit decreases with the jet velocity as long as this velocity remain lower the critical point velocity. This decreasing is observed whatever the growth rate and the wave. This study showed the impact of the dynamic effect on processes of break-up, such as the velocity profile in nozzle exit and its relaxation.

Key words :
Cylindrical jet, Image processing, Imaging technique, Interface instability, Optic metrology, Two phases flow, Wavelet analysis, Electrohydronamic excitation

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