MESURES ET RÉSULTATS
COMMENT NOTRE SOLUTION FONCTIONNE
Les instruments de RainbowVision sont basés sur l’analyse de la lumière diffusée aux alentours de l’ange d’arc-en-ciel appelé « Global Rainbow Technique (GRT) ». La position de l’arc-en-ciel donne une information sur l’indice de réfraction moyen donc sur la température moyenne des gouttes tandis que sa forme code l’information sur la distribution de taille.
Nos appareils consistent en un ensemble compact combinant une unité d’émission et de réception. L’émission est basée sur un laser (longueur d’onde 532 nm ou 640 nm, avec une puissance réglable entre 1 et 200 mW). La lumière diffusée par les gouttes traversant le volume de mesure (typiquement 1mm³) est enregistrée aux alentours de l’angle d’arc-en-ciel par une caméra CCD. L’analyse de ces images par un logiciel propriétaire dédié permet d’extraire de chaque image, en temps réel, la température moyenne des gouttes et la distribution de taille associée. Nos appareils peuvent être commandés à distance et permettent de travailler jusqu’à 3 heures sans alimentation électrique extérieure.
En fonction de la taille de l’installation à caractériser, l’appareil RainbowVision est installé :
- À l’extérieur du moyen d’essai et travaille à travers une fenêtre optique (GRT-XL)
- Dans l’installation et travaille directement dans le spray (GRT-Mini)
Exemple d’application en combustion
Notre technologie est utilisée pour étudier le comportement thermique des gouttes en combustion diphasique. La figure suivante représente, en haut, une flamme en V. La couleur bleue est la localisation moyenne du front de flamme obtenue par le moyennage de 200 images de fluorescence OH. La couleur verte représente la localisation des gouttes de N-Heptane d’une taille moyenne de 20 µm, obtenue par diffusion de Mie.
En bas sont représentées les mesures de l’évolution de la température des gouttes obtenues par GRT. La distance entre deux points de mesure est de l’ordre de 2 mm. L’augmentation de la température des gouttes en fonction de la distance au front de flamme est clairement mise en évidence et quantifiée.
Pour consulter le détail de cette étude : [1] C Letty, B. Renou, J. Reveillon, S. Saengkaew and G. Grehan, Experimental study of droplet temperature in a two-phase heptane/air {V}-flame, Combustion and Flame, 2013, 1803-1811
Pour consulter le détail d’une étude du même type portant sur un injecteur plus réaliste du type swirl : [2] A. Verdier, J.M. Santiago, A. Vandel, S. Saengkaew, G. Cabot, G. Grehan and B. Renou, Experimental study of local flame structures and fuel droplet properties of a spray jet flame, Proceedings of the combustion institute, 2017, 2, 2595—2602
Exemple d’application au givrage
RainbowVision est partenaire dans le programme H2020 ICE-GENESIS, dont le leader est AIRBUS. Dans le cadre de ce programme, notre mission est d’adapter nos appareils afin de mesurer in situ la température des gouttes d’eau dans des souffleries givrantes. En fonction des caractéristiques des souffleries, deux types de configurations d’essais existent :
- La section d’essai de la soufflerie est suffisamment petite pour que les mesures puissent être réalisées depuis l’extérieur à travers une fenêtre optique,
- La section d’essai de la soufflerie impose d’installer l’appareil de mesure à l’intérieur de la soufflerie, au contact direct de l’écoulement, donc sous la pluie et à des températures fortement négatives (jusqu’à -40°C), avec des vitesses d’écoulement pouvant atteindre plus de 100 km/h.
La figure suivante illustre ces deux configurations d’essais.
A gauche, l’installation d’un GRT-XL sur la veine d’essai de la DGA (section de 20 x 20 cm, vitesse de l’écoulement jusqu’à 250 m/s soit environ ~900 km.h)
A droite, l’installation d’un GRT-Mini dans la veine d’essai RTA à Vienne (Autriche). La section d’essai est de 4.5 m x 4.5 m pour une longueur de 100 m. La vitesse de l’écoulement est de l’ordre de 100 km/h.
Les mesures réalisées permettent de connaitre la température et la distribution de taille des gouttes au point d’impact sur un obstacle en fonction de la vitesse de l’écoulement et de sa température, de la taille des gouttes et de leur température au moment de l’atomisation. Des paramètres clé pour la validation des codes de simulation numériques et des système physique de dégivrage.
A titre d’exemple [3], la figure suivante représente l’évolution de la température de gouttes d’eau lorsque la vitesse de l’écoulement est augmentée progressivement de 150 à 200 m/s.
Exemple de mesure de l’évolution de la température des gouttes dans la soufflerie en fonction de la vitesse de l’écoulement. Une augmentation de la vitesse de l’écoulement réduit le temps de séjour. Les gouttes n’ont pas le temps d’être en équilibre thermique avec l’écoulement d’air froid.
Exemple d’application en chimie hétérogène : capture du CO₂ par des gouttes de MEA
Les appareils GRT mesurent l’indice de réfraction de gouttes. Ils sont également parfaitement adaptés pour quantifier le degré d’avancement d’une réaction chimique entre les gouttes d’un liquide et une phase gazeuse. Par exemple pour l’étude de l’efficacité locale de capture du CO₂ gazeux par des gouttes de Monoethanolamine (MEA).
En effet la réaction chimique entraine une modification de l’indice de réfraction. La mesure de cet indice de réfraction est donc une mesure de l’état d’avancement de la réaction chimique. Il est alors possible d’optimiser une colonne à spray de capture du CO₂ en fonction de la taille des gouttes, de leur concentration, de leur vitesse, de la géométrie de la colonne. Un exemple d’une telle application est disponible dans la référence suivante [4].
[4] M. Ouboukhlik, G. Godard, S. Saengkaew, M.C. Fournier-Salaun, L. Estel et G. Grehan, Mass transfer evolution,in a reactive spray during Carbon dioxide capture, Chemical Engineering Technology, vol. 38, n°7, 1154-1164, 2015
Ouboukhlik, S. Saengkaew, M.C. Fournier-Salaun, L. Estel et G. Grehan, Local measurement of mass transfer in a reactive spray for CO2 capture, The Canadian journal of chemical engineering, vol 93, 2, 419-426, 2015.