Brevet FR2270470A1 — publié le 19751205

La presente invention concerne les générateurs de jets battants destinés par exemple à etre utilises en combinai son avec une trompe de manière à en accroître la rendément ou encore avec un système à deux canaux de manière à alimenter chacun d'eux avec un flux pulsé. On a déjà proposé dans la technique des générateurs de jets battants du type comportant deux parois cylindres ques à génératrices sensiblement parallèles disposéesaen vis à vis pour définir entre elles un col suivi d'un divergent, chaque paroi étant pourvue d'au moins un orifice rebouchant légèrement en aval du col, des moyens pour alimenter ce dernier en fluide sous pression, et un passage de fluide reliant entre eux les deux orifices pour animer le jet sortant du col dtun mouvement de battement entre les parties divergentes desdites parois cylindriques. Avec un tel type de générateur, la fréquence de battement du jet sortant demeure élevée. Or, dans certains cas, il serait souhaitable sinon nécessaire de pouvoir disposer d'un jet battant à basse ou même très basse fréquence de alors dre de 1 Hz par exemple. Un moyen possible pour diminuer la fréquence du générateur défini ci-dessus serait d'accroître toutes choses égales par ailleurs, la longueur du passage reliant les deux orifices. Cependant, un tel passage doit évidemment ne pas être de dimensions prohibitives et si l'on se tient à des limites raisonables, il reste que la fréquence de battement alors obtenue demeure très largement supérieure à la gamme des très basses fréquences envisagées. L'invention vise à modifier le type'de générateur connu défini ci-dessus de manière à permettre l'obtention à sa sortie d'un jet battant à basse ou très basse fréquence. Selon l'invention, le passage de fluide précité se compose de deux capacités reliées chacune directement à l'un des orifices précités et d'un conduit de section limitée pour relier entre elles les deux capacités. Avec une telle disposition, pour une forme déterminée du divergent défini par les parois cylindriques, la Demanderesse a constaté que le volume des deux capacités dtune part jet que la limitation de la section de passage du conduit qui les relie d'autre part permettaient de retarder le basculement du jet d'une paroi sur l'autre et, par là, de diminuer notablement la fréquence. Plus précisément, l'invention propose un dispositif générateur d'un jet battant caractérisé en ce qu'il comporte - deux corps creux de forme générale cylindres que fermés à leurs extrémités et disposés en vis à vis sensiblement parallèlement l'un à l'autre pour définir entre eux un col suivi d'un divergent, chaque corps creux étant pourvu d'au moins un orifice de commande débouchant en aval du col, - des moyens pour alimenter ce dernier en fluide sous pression, et - un conduit de section de passage limitée pour relier entre eux les volumes intérieurs des deux corps creux de manière à animer le jet d'un mouvement de battement dans le divergent. Par cette disposition particulière, il s'est avéré possible, compte-tenu de la concomitance du volume intérieur (ou capacité volumique) de chaque corps creux et de la courbure de sa surface externe et notamment de la partie de celle-ci qui forme le divergent, de réaliser un générateur de jet battant qui ait à la fois une bonne stabilité de fonctionnement, une faible fréquence de battement et offre la possibilité d'un battement à grande amplitude. Selon une réalisation préférée, chaque corps creux cylindrique est à base circulaire, ce qui permet notamment de pouvoir modifier aisément la position de chacun des deux orifices par rapport au col par simple rotation du corps creux correspondant autour de son axe de symétrie. Dans une variante intéressante, les deux corps creux cylindriques sont, au niveau du divergent qu'ils définissent, de courbures différentes ce qui confère au jet battant un mouvement de balayage dissymétrique, le jet ayant en effet tendance à "coller" le plus longtemps possible à celui des corps creux dont la courbure est la plus faible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins ciannexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels a Fig. 1 est une vue schématique en coupe avec arrachements d'un dispositif générateur de jet battant selon l'invention et, La Fig.-2 est une représentation graphique illustrant les variations de la fréquence du battement en fonction de la perte de charge au col du dispositif pour différentes valeurs de certains paramètres de fonctionnement. Sur la Fig. 1, la référence 10 désigne généralement un dispositif générateur d'un jet battant selon l'invention, soit un dispositif capable, lorsqu'il est alimenté convenablement en fluide sous pression d'engendrer en aval un jet de fluide animé d'un mouvement oscillant périodique.Entre autres applications, un tel dispositif peut être placé en amont d'une trompe comme source d'un jet inducteur, le battement de ce dernier ayant pour résultat d'améliorer d'une part le rendement de la trompe et d'autre part le mélange des jets inducteur et induit dans cette dernière Dans la réalisation représentée à la Fig. 1, le dispositif 10 est place dans une veine 12 desection droite généralement rectangulaire, dont la partie amont 14 est alimentée par une source de fluide sous pression tel que de l'air comprimé (non représentée). La partie 16 de la veine 12 située en aval du dispositif 10 peut comporter une paroi de séparation 18 qui définit ainsi dans la veine 12 deux passages ou canaux séparés 20 et 22.Avec cette paroi 18, l'oscillation périodique du jet émanant du dispositif 10 engendre ltappari- tion dans chacun des canaux 20 et 22 d'un flux pulsé qui peut être utilisé lui-meme comme jet de commande, le dispositif 10 étant assimilable à un oscillateur fluidique bistable. Pour l'essentiel, le dispositif 10 se compose de deux corps creux de forme générale cylindrique 24 et 26 fermés à leurs extrémités et disposés en vis-à vis perpendiculairement à la direction générale d'écoulement V du fluide dans la veine t2, et d'un conduit d'intercommunication de section relativement faible 28 reliant entre eux les volumes intérieurs formant capacités 30 et 32 des corps creux 24 et 26 respectivement. Chacun de ces derniers est de plus pourvu d'un orifice de forme allongée ou fente 34 ou 36 s'étendant parallèlement aux génératrices du corps cylindrique correspondant. Dans une variante, chaque fente 34 ou 36 pourrait être remplacée par une série de petits orifices sensiblement alignés sur une même génératrice. Les deux corps cylindriques 24 et 26 sont parallèles (ou éventuellement très légèrement inclinés lun par rapport à l'autre) et définissent par leurs parois en regard 38 et 40 un convergent d'entrée 42, un col 44 et un divergent de sortie 46. Les fentes 34 et 36 débouchent à l'entrée de ce dernier, soit sensiblement on aval du col 44. Chaque corps 24 et 26 est relié à la partie amont 14 de la veine par une cloison 48 ou 50 de manière que la totalité du fluide fourni à la veine 12 s'écoule au travers du col 44 formé entre les deux corps. C.es mêmes cloisons 48 et 50 terminent la liaison entre le divergent 46 et la partie aval 16 de la veine 12. Dans la réalisation représentée ainsi que dans l'exposé qui suit, les corps 24 et 26 sont des cylindres à base circulaire, tout entier situés entre les parois de la veine 12. Comme on le verra plus loin cependant, l'invention n'est pas limitée à cette disposition très particulière quand bien même cette dernière procure des avantages intéressants tant au point de vue fonctionnement qu'au point de vue simplicité. On pourrait en effet réaliser les corps t4 et 26 sous forme de cylindre à base non circulaire (base elliptique par exemple), et n'utiliser par ailleurs qu'une partie seulement des surfaces cylindriques externes (38 et 40) de ces cylindres, à seule condition que ces parties de surface définisseiit entre elles un col (44) s'épanouissant en un divergent (46) largement ouvert, de préférence convexe. Si l'on considère maintenant le cas de la réalisation représentée, la Demanderesse a constaté que, dans certaines conditions, le dispositif 10 permettait de faire osciller de manière périodique dans la partie aval 16 de la veine 12 le jet de fluide sortant du col 44 formé entre les deux parois cylindriques 38 et 40, la fréquence de l'oscillation (ou du battement) pouvant être très faible (de l'ordre de 1 à 50 Hz par exemple). Une explication possible de ce phénomène de battement lent pourrait être la suivante Dans un premier temps, le jet sortant du col 44 colle par "effet Coanda" sur l'une des parois cylindriques - divergentes en regard, soit la paroi 38. Le volume intérieur 30 se vide par la fente 34, aspiré par effet de trompe. Compte tenu de la liaison définie par le conduit 28, le volume intérieur 32 se vide à son tour ; sa pression diminue pour tendre vers celle du volume 30. Par ailleurs, il existe dans le col 44, au.niveau de la fente 36, une dépression qui résulte du fait que le jet est "collé"à la paroi 38. Il apparait alors une instabilité de pression qui est propre à faire basculer le jet vers la zone de plus basse pression, soit vers la paroi 40. Le jet oscille ainsi entre les deux parois 38 et 40, la stabilité, la régularité et la fréquence de cette oscillation dépendant d'un certain nombre de facteurs de construction du dispositif 10. Plus précisément, il y a lieu de considérer notamment les paramètre suivants - Rayon R des parois cylindriques 38 et 40, étant entendu que leurs rayons respectifs peuvent être différents, - Longueur utile L des cylindres 24 et 26, longueur qui correspond à la largeur de la veine 12 au niveau du col 44 - Volume intérieur C des corps creux 24 et 26. Dans le cas représenté sur la Fig. 1, où ces derniers sont des cylindres tubulaires fermés à leurs extrémités, ce volume C est évidemment lié au rayon R, à l'épaisseur (faible) du cylindre et à sa longueur L - Largeur des fentes 34 et 36, la longueur \ de ces fentes étant égale ou inférieure à la longueur L, - Ecartement e au-col 44 des parois cylindriques 38 et 40, - Longueur 1 du conduit 28 et diamètre d de la section de passage qu'il offre. Il y a lieu par ailleurs de tenir compte du débit de fluide q que l'on désire obtenir et de la perte de charge maximum admissible aP de part et d'autre du col 44 (domaine compressible, vitesses au col inférieures à 200m/s environ). Dans le choix des différents paramètres ci-dessus, la Demanderesse a constaté expérimentalement qu'il y avait lieu de respecter les deux conditions suivantes 1) Pour un écartement au col e donné (écartement lié d'ailleurs à la longueur L, à la géométrie du système dans lequel doit être intégré le dispositif 10 et au débit de fluide Q demandé pour une perte de charge-4P déterminée), le rayon R doit être compris dans des limites telles que soit sensiblement vérifiée la relation suivante Cette relation (1) établie expérimentalement, permet d'obtenir des oscillations stables; on choisira le coefficient compris entre 0,25 et 1 en fonction de la perte de charge admissible. 2) La largeur des fentes 34 et 36 ainsi que le diamètre d du conduit 28. sont affaire d'expérience mais doivent, dans tous les cas, demeurer très inférieurs au rayon R. Pour le conduit 28, un diamètre d trop grand par rapport au rayon R ne permet pas l'établissement de l'oscillation du jet. En plus de cette limitation supérieure des paramètres g et d, il est apparu que le fonctionnement est satisfaisant, même aux faibles fréquences doscillation-du dispositif, lorsque le rapport de la section des fentes 34 et 36 sur la section du conduit 28 est compris entre 0,7 et 2 soit lorqu'est sensiblement vérifiée la relation suivante Si donc l'on demeure dans le cadre des relations et limitations définies plus haut, la Demanderesse a constaté, sur la base d'un certain nombre de prototypes, que la fréquence d'oscillations f du dispositif était d'autant plus faible que le rayon R des cylindres 24 et 26 et/ou que leur longueur L étaient, toutes choses égales par ailleurs, plus grands. A titre d ' exemple de réalisation. a) Avec des cylindres de rayons R = 25 mm de longueur, L = 56 mm, des fentes de largeur = 2 mm et de longueur X = 46 mm et un conduit 28 d'un diamètre d = 8 mm et d'une longueur 1 = 0,40 m, la fréquence f est de ltordre de 50 Hz, pour un P de 100 mm d'eau. Avec des cylindres de même rayon( R = 25 mm) mais de longueur L = t12 mm (conduit 28 et fentes 34 et 36 de mêmes dimensions), la fréquence f devient de l'ordre de 25 Hz (p= 100 mm H20) Les courbes A et C de la Fig. 2 illustrent d'ailleurs les variations de la fréquence f en fonction de la perte de charge dP (en mm d'eau) pour deux longueurs différentes des cylindres 24 et 26. La courbe A a été établie avec les données suivantes : cylindres : R = 25 mm L = 56 mm fentes : E = 2 mm, X= 46 mm écartement e = 6,25 mm conduit : longueur 1 = 0,40 m diamètre d = 8 mm La courbe C a été établie avec les mêmes données sauf L = 112 mm b) Avec des cylindres de rayons supérieurs, soit R = 100 mn par exemple, la fréquence f, pour une longueur L voisine de 50 mm et un conduit 28 de mêmes dimensions que celles définies ci-dessus (I = 0,40 m et d = 8 mm), peut varier entre 1,8 à 5 Hz selon la perte de chargeP. (Dans les mêmes conditions, mais avec des cylindres de rayon R = 8 mm, la fréquence aurait été de l'ordre de 175 Hz). De même, la fréquence f du dispositif devient d'autant plus faible (mais dans une mesure moindre que précé demment) que la longueur 1 du conduit 28 est plus grande. Les courbes A et B de la Fig. 2 illustrent ces variations. La courbe B a été établie avec les mêmes données que la courbe A, à savoir : cylindres : R = 25 mm L = 56 mm E = 2 mm X = 46 mm et e = 6,25 mm mais avec un conduit 28 dtune longueur double 1 = 0,80 m (au lieu de 0,40m). Il est à noter que l'influence du paramètre 1 sur la fréquence f reste assez faible. Ainsi, pour obtenir une fréquence f de l'ordre de 2-5 Hz avec des cylindres identiques à ceux utilisés pour l'établissement de la courbe A (R = 25 mm L = 56 mm), il serait nécessaire de disposer d'un conduit 28 d'une longueur 1 d'environ 10 m Dans tout ce qui précède, on a supposé les cylindres 24 et 26 identiques. Si l'on dispose néanmoins de deux cylindres de rayons R différents, il apparait quesous réserve des conditions (1) et (2) ci-dessus, le jet oscille alternativement entre les parois 38 et 40 en tendant à "coller" le plus longtemps possible à la paroi de plus grand rayon. Autrement dit, le balayage du divergent 46 devient dissymétrique. Ce phénomène est constaté par exemple à l'aide d'un anémomètre à fil chaud placé successivement au voisinage des fentes 34 et 36. Avec un tel type d'anémomètre, la mesure de la température du fil (température tDK qui varie avec la vitesse V du fluide au niveau du fil selon la relation= V (m/s) = k W ),fait apparaitre des durées de 'collage" du jet sur les parois 38 et 40 qui sont égales dans le cas de parois de même rayon ou, au contraire, notablement différentes dans le cas de parois à rayons de courbure différents. Avec la disposition d'une paroi de séparation 18 on aval du divergent 46, les débits de fluide (flux pulsé) dans les canaux 20 et 22 sont égaux ou différents. De même, les parois cylindriques 38 et 40 peuvent n'être pas à base circulaire. Il est simplement nécessaire quelles forment entre elles un col suivi d'un divergent. Pour des raisons de stabilité, celui-ci est de préférence convexe mais à la limite, on peut imaginer que l'une, au moins, des parois 38 et 40 devienne plane ou même concave, la capacité (30 ou 32) nécessaire au bon fonctionnement du dispositif étant alors délimitée par une cloison rapportée sur la face "interne" de la paroi 38 ou 40 ainsi ouverte. Il reste que la disposition décrite de parois cylindriques à base circulaire demeure avantageuse pour de nombreuses raisons. A sa simplicité de réalisation, elle permet d'associer étroitement les caractéristiques de volumes intérieures C des corps creux et de courbure R de leurs parois extérieures. La forme très évasée du divergent 46 permet d'envisager un battement de jet de très grande amplitude angulaire, en prévoyant bien entendu simultanément un écrasement correspondant de la partie aval 16 de la veine 12. Par ailleurs, le fait pour les cylindres 24 et 26 dtêtre de révolution autorise par un simple montage à pivotement de régler au mieux la position des fentes 34 et 36 par rapport au col 44. De plus, on observera également qu'il n'est pas absolument nécessaire que les génératrices des cylindres soient perpendiculaires à la direction générale d'écoulement du fluide V. Il suffit que le col formé entre ces cylindres soit alimenté en fluide sous pression. On peut ainsi prévoir une arrivée de fluide (telle que 14) qui soit parallèle à ces génératrices, avec bien entendu une surface orientant le fluide circulant dans cette arrivée vers le col. REVENDICATIONS 1. - Dispositif générateur d'un jet battant, caractérisé en ce qutil comporte deux corps creux de forme générale cylindrique fermés à leurs extrémités et disposés en vis-à-vis sensiblement parallèlement l'un à l'autre pour définir entre eux un col suivi dtun divergent, chaque corps creux étant pourvu d'au moins un orifice. de commande débouchant en aval du col, des moyens pour alimenter ce dernier en fluide sous pression, et un conduit de section de passage limitée pour relier entre eux les volumes intérieurs des deux corps creux de manière à animer le jet d'un mouvement de battement dans le divergent. 2. - Dispositif générateur de jet battant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux corps creux sont chacun à base circulaire. 3. - Dispositif générateur de jet battant selon lune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux corps creux sont, au niveau du divergent qu'ils définissent, de courbures différentes. 4. - Dispositif générateur de jet battant selon lune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque orifice de commande est constitué par une fente s'étendant parallèlement aux génératrices du corps creux, la section de la fente étant choisie de l'ordre de la section interieuredu conduit précité. 5. - Dispositif générateur d'un jet battant du type comportant deux parois cylindriques à génératrices sensiblement parallèles disposées en vis-à-vis pour définir entre elles un col suivi d'un divergent, chaque paroi étant pourvue dsau moins un orifice débouchant en aval du col, des moyens pour alimenter ce dernier en fluide sous pression, et un passage de fluide reliant entre eux les deux orifices pour animer le jet sortant du col d'un mouvement de battement entre les parties divergentes desdites parois cylindriques, caractérisé en ce que le passage de fluide précité se compose de deux capacités reliées chacune directement à l'un des orifices précités et diun conduit de section limitée pour relier entre elles les deux capacités.