contribution a l'étude de l'érosion de cavitation - Infoscience - EPFL

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2.5.1 Position du probleme : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 52 2.5.2 Le generateur d'impulsion de pression : : : : : : : : : : : : : : : : : 52 2.5.3 Le marteau instrumente : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 54 3 DYNAMIQUE DE L'IMPLOSION D'UN TOURBILLON DE VAPEUR ISOLE 57 3.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 58 3.2 Moyens experimentaux : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 58 3.2.1 Le Generateur de Tourbillons de Cavitation : : : : : : : : : : : : : 58 3.2.2 Mesure de la pression : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 63 3.2.3 Mesure des vibrations induites par la cavitation : : : : : : : : : : : 63 3.2.4 Detection de la phase vapeur : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 67 3.2.5 Visualisation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 67 3.3 Etude preliminaire : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 69 3.3.1 Analyse de l'ecoulement enregime permanent : : : : : : : : : : : : 69 3.3.2 In uence du taux d'oxygene dissous : : : : : : : : : : : : : : : : : : 73 3.3.3 Caracterisation des surpressions d'impacts du GTC : : : : : : : : : 76 3.4 Dynamique du tourbillon de cavitation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 80 3.4.1 Grossissement et implosion d'une cavite tourbillonnaire : : : : : : : 80 3.4.2 Le stade nal de l'implosion : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 87 3.5 Surpression generee par l'implosion d'une cavite tourbillonnaire : : : : : : 93 3.5.1 Rappel theorique : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 93 3.5.2 Demarche pour l'estimation des surpressions de choc : : : : : : : : 94 3.5.3 Resultats : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 96 3.5.4 Consideration energetique : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 97 3.6 Synthese : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 100 3.6.1 Mecanisme de l'implosion d'un tourbillon de vapeur isole : : : : : : 100 3.6.2 Caracterisation energetique de la surpression due a l'implosion : : : 102 3.6.3 Comparaison avec la dynamique des bulles de cavitation : : : : : : 102 4 EXPERIMENTATION SUR UN PROFIL ISOLE 105 4.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 106 4.2 Le tunnel de cavitation a grande vitesse : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 108 4.2.1 Description de l'installation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 108 4.2.2 Les parametres d'exploitation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 110 4.2.3 Le serveur temps reel des parametres de l'ecoulement : : : : : : : : 110 4.3 Le pro l experimental : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 111 4.4 Mesure des uctuations de pression, de vibration et des dimensions de la poche de cavitation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 111 4.4.1 Mesure des uctuations de pression : : : : : : : : : : : : : : : : : : 111 4.4.2 Implantation des capteurs dans le pro l experimental : : : : : : : : 112 4.4.3 Cha^nedemesure : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 112 4.4.4 Etalonnage statique des capteurs de pression : : : : : : : : : : : : : 114 4.4.5 Mesure des vibrations et du bruit acoustique induits par la cavitation114 4.4.6 Etalonnage dynamique des capteurs de pression et de vibration : : 116 EPFL { DGM { IMHEF 10
4.4.7 Mesure des dimensions de la poche de cavitation : : : : : : : : : : : 121 4.4.8 Procedure experimentale : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 121 4.4.9 Les conditions hydrodynamiques exploitees : : : : : : : : : : : : : : 122 4.5 Mesure de la luminescence : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 122 4.5.1 Principe : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 122 4.5.2 Dispositif experimental : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 124 5 MECANISME DE GENERATION DES CAVITES EROSIVES 125 5.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 126 5.2 Dynamique de la poche de cavitation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 126 5.2.1 Morphologie : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 128 5.2.2 Stabilite : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 128 5.2.3 Le regime force : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 129 5.2.4 In uence de la forme du bord de fuite : : : : : : : : : : : : : : : : : 131 5.2.5 In uence de la rugosite du bord d'attaque : : : : : : : : : : : : : : 131 5.2.6 Les dimensions de la poche de cavitation : : : : : : : : : : : : : : : 133 5.3 Mecanisme de generation des cavites erosives : : : : : : : : : : : : : : : : : 133 5.3.1 Observations visuelles : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 133 5.3.2 Analyse des signaux bruts de uctuation de pression : : : : : : : : 136 5.3.3 Les pro ls des valeurs moyennes et quadratiques de la pression : : : 146 5.3.4 Pulsations de la poche et taux de l^acher des cavites erosives : : : : 149 5.3.5 La cinematique des cavites erosives : : : : : : : : : : : : : : : : : : 159 5.3.6 Analyse temps-frequence des uctuations de pression : : : : : : : : 160 5.4 La luminescence : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 166 5.4.1 Mise en evidence : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 166 5.4.2 Analyse spectrale : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 168 5.5 Synthese : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 169 5.5.1 La generation des cavites erosives en regime libre : : : : : : : : : : 169 5.5.2 Origines de l'instabilite de la poche de cavitation : : : : : : : : : : 170 5.5.3 In uence du comportement delapoche de cavitation sur le risque d'erosion : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 170 5.5.4 L'importance du regime force : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 171 5.5.5 Caracterisation des surpressions dues aux implosions : : : : : : : : 171 5.5.6 La luminescence des cavite erosives : : : : : : : : : : : : : : : : : : 171 6 LA CARACTERISATION VIBRATOIRE DE LA CAVITATION D'ENTREE 173 6.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 174 6.2 La detection vibratoire dans le cas d'un pro l isole : : : : : : : : : : : : : 174 6.2.1 Niveaux de vibrations en fonction des parametres hydrodynamiques 174 6.2.2 Vibrations et bruit acoustique : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 175 6.2.3 Analyse spectrale des vibrations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 176 6.2.4 Analyse de la modulation d'amplitude des vibrations : : : : : : : : 182 6.3 La detection vibratoire dans une pompe : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 184 6.3.1 Con guration et procedure experimentales : : : : : : : : : : : : : : 184 11
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