Brevet FR2697085A1 — publié le 19940422

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de visualisation d'une ou plusieurs lignes de courant d'un écoulement liquide. Lors d'essais hydrodynamiques, il est souvent nécessaire de matérialiser les lignes de courant d'un écoulement au voisinage d'obstacles ou de maquettes. A cette fin, il est d'usage d'introduire dans l'écoulement des colorants ou des particules solides. Ces méthodes possèdent l'inconvénient de polluer le liquide utilisé pour l'écoulement. Une autre méthode consiste à provoquer la formation de bulles. La formation de bulles peut être réalisée en injectant un gaz dans l'écoulement. Avec cette méthode, les bulles sont souvent trop grosses pour être considérées comme inactives sur l'écoulement. La présente invention permet d'éviter les inconvénients des méthodes antérieures. Elle consiste en un procédé et un dispositif qui permettent de matérialiser des lignes de courant par des bulles de diamètre inférieur à 100 microns, dites "microbulles". L'invention est donc un procédé de visualisation dans une veine d'essais hydrodynamiques d'une ou plusieurs lignes de courant d'un écoulement liquide. Selon l'invention, un liquide contenant une forte quantité de gaz dissous est introduit dans l'écoulement en un ou plusieurs points, avec une vitesse voisine de celle de l'écoulement en ce ou ces points, entraînant en ce ou ces points la formation de microbulles, et on observe les trajets des microbulles qui matérialisent autant de lignes de courant que de points d'introduction. Ces microbulles ont de préférence un diamètre inférieur à 100 micromètres. Selon un mode de réalisation avantageux, le liquide est introduit en un seul point, en amont d'un objet autour duquel est étudié l'écoulement, on déplace ce point dans une direction transversale à l'écoulement, et on observe successivement la matérialisation par des microbulles de plusieurs lignes de courant. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le liquide est introduit en plusieurs points, situés à la surface d'un objet autour duquel on étudie l'écoulement, et on observe la matérialisation par des microbulles des lignes de courant passant par ces points. L'invention est aussi un dispositif convenant à la mise en oeuvre du procédé. Selon l'invention, il comporte - un réservoir pressurisé qui contient un liquide à injecter et qui permet de dissoudre, dans ce liquide, une grande quantité de gaz, - des moyens d'injection reliés au réservoir par des canalisations comportant un ou plusieurs orifices calibrés débouchant dans l'écoulement et qui permettent d'introduire, dans l'écoulement, en un ou plusieurs points, le liquide à injecter avec une vitesse voisine de celle de l'écoulement en ce ou ces points, - des moyens d'observation. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens d'injection sont une canne d'injection ayant deux extrémités, dont l'une est située à l'extérieur de la veine d'essais et reliée à la canalisation menant au réservoir, et dont l'autre extrémité comporte un orifice calibré débouchant dans l'écoulement dans la direction de l'écoulement. La canne d'injection comporte alors des moyens de déplacement transversaux par rapport à la direction de l'écoulement. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens d'injection sont des orifices calibrés pratiqués à la surface d'un objet autour duquel est étudié l'écoulement. Selon un mode de réalisation avantageux, le diamètre des orifices calibrés est compris entre 0,1 et 2 mm, de préférence de l'ordre de 0,5 mm, et la vitesse d'introduction du liquide à injecter est obtenue par le réglage du diamètre, de la longueur de l'orifice et de la pression dans le réservoir. Les moyens d'observation sont un ou plusieurs hublots sur les parois de la veine d'essais permettant l'observation visuelle et la prise de photographies. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte des moyens automatiques de détection de la concentration de microbulles. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ciaprès, faite en regard des dessins annexés, dans lesquels - la Figure 1 est une vue générale de l'invention dans son contexte - la Figure 2 montre un des moyens d'injection : la canne d'injection - la Figure 3 représente un détail de la canne d'injection - la Figure 4 donne une application avantageuse de l'invention - la Figure 5 montre un autre moyen d'injection : les orifices calibrés pratiqués à la surface d'un objet - la Figure 6 représente une coupe d'un orifice calibré. Dans une veine d'essais hydrodynamique, délimitée par des parois 50 à 53, dans laquelle est établi un écoulement 2 se propageant dans une direction, on étudie les lignes de courant autour d'obstacles ou de maquettes 12, 21, 24, 44. Un réservoir 3 sous pression permet de dissoudre une grande quantité de gaz dans un liquide 4. Pour faciliter la dissolution, différentes solutions sont possibles. Chacune vise à augmenter la surface d'échange entre la phase liquide et la phase gazeuse contenues dans le réservoir. La surface d'échange peut être augmentée, par agitation violente du liquide, en utilisant le phénomène de Venturi ou en faisant traverser goutte-àgoutte le liquide dans le gaz. Le réservoir 3 sous pression est relié aux moyens d'injection 5, 40 par une canalisation 8. Les moyens d'injection comportent au moins un orifice calibré 6, 41 à 43, situé à l'extrémité d'une canne d'injection 5, ou pratiqué sur un objet 44 autour duquel on souhaite étudier l'écoulement. La canne d'injection 5 comporte une partie transversale 7 à la direction de l'écoulement 2. Cette partie transversale a une section 9 de contour profilé pour limiter la perturbation de l'écoulement, et possède une canalisation 11 centrale sur toute sa longueur. A l'extrémité de cette partie transversale 7, un mince tube 10, d'axe parallèle à la direction de l'écoulement, permet d'injecter le liquide à injecter. L'orifice 6 du tube est calibré et a un diamètre de l'ordre de 0,1 à 2 mm. Le liquide à injecter 3 s'écoule depuis le réservoir 4 sous pression jusqu'à la sortie de l'orifice 6 calibré. La pression dans le réservoir 4 et le diamètre de l'orifice 6 sont tels que la vitesse du liquide à injecter est voisine de la vitesse de l'écoulement. Le liquide à injecter 3, lorsqu'il parvient dans l'écoulement, se trouve à une pression bien inférieure à la pression du réservoir 4, entraînant la libération du gaz dissous sous la forme de microbulles 1, 45, 20, 23. Ces microbulles ont un diamètre inférieur à 100 micromètres, par exemple de l'ordre de 50 micromètres. Les microbulles 1 s'orientent et suivent une, et une seule ligne de courant qu'elles matérialisent et en permettent l'observation. La Figure 4 montre une application avantageuse de l'invention. La canne d'injection 17 peut se déplacer dans une direction 18 transversale à l'écoulement 2. Cette application permet de matérialiser successivement plusieurs lignes de courant. Ici, la canne d'injection est représentée dans deux positions A et B, et les microbulles 20, 23 émises depuis ces deux positions A et B matérialisent deux lignes de courant. Dans la position A, les microbulles 20 matérialisent la ligne de courant qui, depuis l'extrémité de la canne d'injection 18, atteint le point d'arrêt 22. La position A est déterminée lorsqu'une quantité approximativement identique de microbulles s'écoule sur les deux pans 27, 28 de l'aileron. Dans la position B, les microbulles 23 matérialisent la ligne de courant qui, depuis l'extrémité de la canne d'injection 18, atteint le point d'arrêt 25 de l'aileron 24. Cette application permet de connaître le débit entre les deux ailerons 21 et 24. En effet, à l'extrémité des cannes d'injection, l'écoulement n'est pas perturbé, les lignes de courant sont parallèles, il est donc aisé de connaître le débit traversant la section 26, perpendiculaire à la direction de l'écoulement, et délimitée par les deux lignes de courant matérialisées par les microbulles 20 et 23. Ce débit est exactement le débit qui circule entre les deux ailerons 21 et 24. Les orifices calibrés 41, 42, 43 peuvent aussi être pratiqués à la surface d'un objet 44 placé dans l'écoulement. Sur la Figure 4, l'objet 44 a la forme d'un aileron. Les orifices calibrés 41 à 43 sont reliés à la canalisation 8 qui conduit au réservoir à l'aide d'un alésage 46 usiné dans l'objet 44. Chaque orifice émet alors des microbulles 45. Cellesci suivent les lignes de courant situées à la surface de l'objet et passant devant chaque orifice calibré 41 à 43. Les lignes de courant, matérialisées par les microbulles, sont observées à l'aide de hublots pratiqués dans les parois 50 à 53 de la veine d'essais. Ces hublots ne sont pas représentés sur les Figures. L'observation est visuelle. Des prises de vues photographiques, ou à l'aide d'une caméra, sont alors avantageusement réalisées. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'invention comporte des moyens automatiques de détection de la concentration de l'écoulement en microbulles. Les signes de référence, insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Procédé de visualisation dans une veine d'essais hydrodynamiques d'une ou plusieurs lignes de courant d'un écoulement liquide, caractérisé en ce qu'un liquide (4) contenant une forte quantité de gaz dissous est introduit dans l'écoulement (2) en un ou plusieurs points, avec une vitesse voisine de celle de l'écoulement en ce ou ces points, entraînant en ce ou ces points la formation de microbulles (1), et que l'on observe les trajets des microbulles qui matérialisent autant de lignes de courant que de points d'introduction. 2. Procédé de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des microbulles est inférieur à 100 micromètres. 3. Procédé de visualisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liquide est introduit en un seul point, en amont d'un objet (12) autour duquel on étudie l'écoulement, et que l'on déplace ce point dans une direction transversale à l'écoulement, et que l'on observe successivement la matérialisation par des microbulles de plusieurs lignes de courant. 4. Procédé de visualisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liquide est introduit en plusieurs points, situés à la surface d'un objet autour duquel on étudie l'écoulement, et que l'on observe la matérialisation par des microbulles des lignes de courant passant par ces points. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte - un réservoir pressurisé (3) qui contient un liquide (4) à injecter et qui permet de dissoudre, dans ce liquide, une grande quantité de gaz, - des moyens d'injection (5, 40) reliés au réservoir par des canalisations (8) comportant un ou plusieurs orifices calibrés (6, 41, 42, 43) débouchant dans l'écoulement et qui permettent d'introduire, dans l'écoulement, en un ou plusieurs points, le liquide (4) à injecter avec une vitesse voisine de celle de l'écoulement (2) en ce ou ces points, - des moyens d'observation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'injection sont une canne d'injection ayant deux extrémités, dont l'une est située à l'extérieur de la veine d'essais et reliée à la canalisation menant au réservoir, et dont l'autre extrémité comporte un orifice calibré débouchant dans l'écoulement dans la direction de l'écoulement, et en ce que la canne d'injection comporte alors des moyens de déplacement transversaux par rapport à la direction de l'écoulement. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'injection sont des orifices calibrés pratiqués à la surface d'un objet autour duquel est étudié l'écoulement. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications D à 7, caractérisé en ce que le diamètre des orifices calibrés est compris entre 0,1 et 2 mm, de préférence de l'ordre de 0,5 mm. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la vitesse d'introduction du liquide à injecter est obtenue par le réglage du diamètre, de la longueur de l'orifice et de la pression dans le réservoir. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'observation sont un ou plusieurs hublots sur les parois de la veine d'essais permettant l'observation visuelle et la prise de photographies. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens automatiques de détection de la concentration de microbulles.