Brevet FR2408829A1 — publié le 19790608

Les techniques de mesure de la nucléation d'un liquide (mesure des micro-bulles de gaz ou micro impuretés solides que l'on appellera germes dans la suite de ce texte) sont actuellement opérationnelles en milieux transparents. Ces germes sont caractérisés par une pression critique, pression minimale à laquelle ils doivent être soumis pour connaitre une évolution rapide (cavitation ou ébullition). Les techniques actuellement utilisées présentent les inconvénients suivants - L'information donnée n'est pas directement celle recherchée, à savoir la pression critique. - La gamme de mesure est limitée à des tailles de particules de l'ordre de -1 M correspondant à des pressions critiques relativement peu différentes de la tension de vapeur du liquide. Par ailleurs, ces méthodes ne sont pas utillsables en milieux non transparents. La présente invention a pour objet un procédé de mesure de nucléation dans les liquides permettant d'obtenir une mesure directé de spectres de pressions critiques, applicable à la fois âux liquides transparents et opaques. On sait que l'on peut produire'le grossissement 'brutal des germes d'un liquide, sous forme de bulles, par cavitation dans le col d'un tube de venturi, dans lequel on établit une pression inférieure à la pression critique de ces germes et produire ensuite le collapsus desdites bulles dans le divergent de ce tube. Chaque germe a une pression critique particulière Pc et il est nécessaire de produire dans le col du tube,de venturi une pression inférieure P5 pour obtenir par cavitation le grossissement dudit germe. Pour un point de fonctionnement du venturi donné, défini par sa pression P5 au col, il suffit-de connaitre le débit passant pendant un intervalle de temps donné et d'effectuer le comptage des bulles pour déterminer la densité des germes de pression critique Pc supérieure à la pression Ps du col. Théoriquement, pour un tube'de venturi donné, il suffit donc de baisser graduellement la pression au col pour connaître la population totale en germes d'un liquide. En effet, pour-chaque pression Ps1, Ps2, Ps3 ... au col du venturi, l'information recueillie N1, N2, N3 représente le nombre de germes de pression critique supérieur à Ps1, Ps2, Psj. Cependant, les essais effectués par la demanderesse ont montré que si on se contente de baisser graduellement la pression Ps dans un tube de venturi d'une longueur au col donnée, les différentes valeurs de pressions ainsi produites conduisent à des grossissements qui dépendent du temps de séjour de la bulle dans cette zone de pression, de sorte que l'on aura alors selon la valeur de la pression Ps, soit des grossissements trop faibles, difficiles à détecter, soit des grossissements trop forts risquant de perturber l'écoulement dans le col du venturi et rendre les mesures impossibles. On a été amené, pour mesurer la gamme complète des germes, à répartir 1 1écoulement successivement dans plusieurs tubes de venturi, chacun ayant une longueur au col adaptée à une zone de pressions Ps déterminée, de sorte que les bulles qui s'y forment aient un trajet suffisant pour atteindre un grossissement détectable, sans attendre des tailles plus élevées qui perturberaient 1' écoulement. La présente invention a pour objet un procédé de mesure de nucléation d'un liquide consistant, pour produire le grossissement des germes par cavitation sous forme de bulles de vapeur, à diriger successivement l'écoulement dans le col de l'un de plusieurs tubes de venturi de diamètre au col inférieur à 3 mm, chaque tube ayant une longueur du col adaptée à une zone donnée de pressions critiques de germes, à faire varier la pression au col de chaque tube suivant des valeurs correspondant au moins à la partie inférieure de cette zone, à produire le collapsus desdites bulles dans le divergent du tube de venturi et à dénombrer le nombre de bulles formées dans chaque tube, l'ensemble des caractéristiques desdits tubes étant adaptés pour couvrir l'ensemble des zones de population des germes contenus dans le liquide. Ce passage de l'écoulement dans plusieurs tubes de venturi, dont la pression au col et la longueur du col sont calculées pour des zones de germes de pressions critiques déterminées, permet de produire dans chaque tube, des bulles de grosseur convenables, correspondant à chaque zone de germes, et d'obtenir avec l'ensemble des mesures effectuées sur les tubes de venturi la population totale en germes du liquide. La longueur minimale du col de chaque tube dépend en premier lieu du rayon minimal de détection des bulles qui sera fonction du système de détection utilisé. Si on admet qu'une valeur de rayon de 500 P est compatible avec les méthodes prévues, le calcul donne pour chaque germe de pression critique donnée le temps nécessaire à son développement sous forme d'une bulle de cavitation de 500 p de rayon, quand il est soumis à une pression Ps inférieure ou égale à sa pression critique. Pour une vitesse d'écoulement.au col, on en déduit une longueur minimale du col. Cette longueur est généralement d'autant plus grande que la pression critique du germe est élevée. La longueur maximale du col de chaque tube est obtenue en calculant le temps nécessaire aux germes pour atteindre une taille maximale car audelà de cette taille la présence d'une telle bulle crée des perturbations dans l'évolution des pressions au col du venturi. On règle au col de chaque tube une zone de pressions Ps donnée dont la valeur est toujours inférieure à la pression de vapeur du fluide. Cette pression sera obtenue par l'effet déprimogène du venturi et sera fonction de la vitesse au col du venturi, ainsi que de la pression amont. A cet effet chaque venturi comporte à l'aval de son divergent un organe d'obturation. On pourra régler l'ouverture pour faire varier progressivement la pression Ps au col du tube suivant des valeurs correspondant au moins à la partie inférieure de la zone de pressions critiques des germes. Pour les liquides transparents on peut mesurer le nombre de bulles de cavitation produites dans le col de chaque tube de venturi par dea méthodes classiques optiques. Pour les liquides non transparents, par exemple le sodium fondu, on peut meaurer le nombre de bulles par des systèmes acoustiques détectant le claquement de chaque bulle lors de son collapsus dans le divergent du tube de venturi. Les caractéristique et avantages de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation décrit ci-après en référence à la figure annexée qui est une vue schématique d'une installation de mesure de la nucléation d'un liquide. On voit sur la figure annexée une conduite 4 de prise du liquide dont on veut mesurer les nucléations. Sur cette conduite sont branchés trois tubes de venturi 1, 2, 3. Un appareil de mesure de pression 5 est disposé i l'entrée de cette conduite. Le tube 1 comporte une vanne 6 à l'aval de son ool 7 et de son divergent 8, le tube 2 comporte une vanne 9 à l'aval de son ool 10 et de son divergent 11 et le tube 3 comporte une vanne 12 à l'aval de son col 13 et de son divergent 14. Ces trois tubes de venturi débouchent dans une conduite 15, punie - l'aval du tube 3 d'un appareil 16 de mesure de débit, l'écoulement circulant dans le sens des flèches P. F4. Chaque tube est uni soit d'un appareil 17 de comptage optique, soit d'un appareil 18 de comptage acoustique. Au cours d'une pré ire opération de mesure on terse les vannes 6 et 9 et on règle progressivement l'ouverture de la vanne 12 de renon i obtenir dans le ool 13 du tube 3 un écoulesent dans une zone de pressions comprise entre une pression Ps3 et une pression légèrement inférieure à la pression de vaporisation du liquide, ce tube ayant une longueur au col t3 telle que la zone de germes comprise entre la pression critique Pc3 > Ps3 et la pression critique maximale des germes de l'écoulement (très proche de la pression de vapeur du liquide) ait le temps de se développer, compte tenu de la vitesse de l'écoulement, sans atteindre des tailles susceptibles de produire des perturbations dans cet écoulement. Les germes de pression critique inférieure à Ps3 ne peuvent ae former, de sorte que dans ce tube on pourra effectuer le comptage des germes d'une zone de pressions critiques dans l'écoulement allant de la pression critique Pc3 à la valeur maximale de pression critique. Au cours d'une deuxième opération de mesure on ferme les vannes 6 et 12 et on règle l'ouverture de la vanne 9 de façon à obtenir dans le col 10 du tube 2 un écoulement dans une zone de pressions comprises entre une pression Ps2 inférieure à la pression critique Pc2 de certains dea germes et la pression Ps3, ce tube ayant une longueur au col t2 telle que la zone de germes comprise entre la pression critique Pc2 > Ps2 et une pression proche de la pression de vapeur du liquide ait le temps de se développer, compte tenu de la vitesse de l'écoulement, sans atteindre des tailles suscep- tibles de produire des perturbations dans cet écoulement. Les germes de pression critique inférieure à Ps2 ne peuvent se former, de sorte que d ns ce tube on pourra effectuer le comptage des germes d'une sone de pressions critiques dans l'écoulement allant de la pression critique Pc2 à la pression de vapeur du liquide. Au cours d'une troisième opération de mesure on ferme les vannes 9 et 12 et on règle l'ouverture de la vanne 6 de façon i obtenir dans le col 7 du tube 1 un écoulement dans une zone de pressions oomprises entre une pression Pst inférieure à la pression critique Pcl de certains des germes et la pression Ps2, ce tube ayant une longueur au col t1 telle que la zone de germes comprise entre la pression critique Pc1 > Ps et une pression proche de la pression de vapeur du liquide ait le temps de se développer, coopte tenu de la vitesse de l'écoulement, sans atteindre des tailles susceptibles de produire des perturbations dans cet écoulement. Les germes de pression critique intérieur i Ps1 ne peuvent se former, de sorte que dans ce tube on pourra effectuer le comptage des germes d'une zone de pressions critiques dans l'écoulesent allant de la pression critique Pc1 k la pression de vapeur du liquide. Chacun des venturis permet ainsi de démonbrer tous les germes dont la pression critique est supérieure à la pression Ps dans la gamme de fonction nement pour laquelle il est prévu. On peut donné par simple soustraction du nombre nj, trouvé pour une pression j, au nombre ni trouvé pour une pression inférieure i, déterminer le nombre de germes dont la pression critique est comprise entre les valeurs i et j, ce nombre étant égal à ni - n. Dans le cas d'un liquide transparent, le comptage du nombre de bulles dans chaque tube de venturi sera effectué par un appareil - 17 de mesure opti que, branché sur le col de chaque tube. Dans le cas d'un liquide opaque, le comptage du nombre de bulles dans chaque tube de venturi se fera par un appareil acoustique 18, branché sur le divergent de chaque tube et détectant le claquement de chaque bulle lors de son collapsus dans cette zone de mise en pression de l'écoulement. Il suffit d'ajouter les valeurs de population ni - nJ déduites des mesures sur chaque tube de venturi, correspondant à une zone de germes de pressions critiques déterminées, pour obtenir la population totale en germes du liquide de pressions critiques supérieures à la valeur minimale Ps1 géné ralement déterminée en fonction des paramètres d'essais. REVENDICATIONS 1/ Procédé de mesure de la nucléation d'un liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à produire le grossissement des germes par cavitation sous forme de bulles de vapeur, à diriger successivement l'écoulement dans le col (7,10,13) de l'un de plusieurs tubes de venturi (1,2,3) de faible diamètre au col et dont la longueur du col est adaptée à une zone donnée de pressions critiques de germes, à faire varier la pression au col de chaque tube suivant des valeurs correspondant au moins à la partie inférieure de cette zone, à produire le collapsus desdites bulles dans le divergent du tube de venturi, et à dénombrer les bulles formées dans chaque tube, l'ensemble des caractéristiques desdits tubes étant adapté pour couvrir l'ensemble des zones de populations de germes contenus dans le liquide. 2/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une tubulure (4) d'amenée de liquide sur laquelle sont branchés en parallèle l'amont de plusieurs tubes de venturi (1,2,3), chaque tube ayant une longueur du col adaptée à une zone donnée de pressions critiques de germes et comportant à l'aval de son divergent (8,11,14) un organe d'obturation réglable (6,9,12) pour faire varier la pression au col du tube, chaque tube comportant un organe de comptage des bulles, l'aval de ces tubes étant branché sur une conduite d'évacuation, la conduite d'amenée comportant à son amont un organe (5) de mesure de pression la conduite d'évacuation comportant à son aval un organe (16) de mesure de débit. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de comptage des bulles est constitué par un appareil de mesure optique (17) disposé sur le col du tube de venturi. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de comptage des bulles est constitué par un appareil de mesure acoustique (18) disposé sur le divergent du venturi.