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38 Chapitre 2. Étude expérimentale Ainsi comme Wu et Faeth [79] le proposent, eq. 1.3, il semble que la distance d’apparition de la dispersion diminue avec l’augmentation de la vitesse du jet. L’application numérique de cette équation et de l’équation 1.4, évaluant la fin de zone de cœur de jet, donne pour une chute de 127m et un jet de 3cm de diamètre un début d’apparition de goutte à z/d = 0.19 et une fin de cœur de jet à z/d = 822. Les moyens expérimentaux ne nous ont pas permis de vérifier la seconde application, mais pour le début de l’apparition des gouttes il apparaît que l’ordre de grandeur n’est pas le bon. Celui ci serait plus de l’ordre de 3 ou 4 D 0 (les moyens expérimentaux mis en place ne nous ont pas permis de déterminer cette valeur avec précision). Ainsi quelle que soit la chute utilisée pour mener les expériences à l’échelle modèle il n’a pas été observé de formation de gouttes avant l’interaction du jet avec la roue, figure 2.4. Ainsi selon l’étude bibliographique, pour ce mode d’atomisation turbulente, les efforts aérodynamiques semblent faibles et ne devraient pas impacter le rendement de la turbine. Ceci avait été aussi supposé par Oguey et Manin [54]. L’étude du rendement de la turbine en fonction de la chute, n’a pas permis de dégager une tendance comparable à l’évolution du diamètre apparent du jet. En effet sur la figure 2.8, nous pouvons remarquer qu’il n’y a pas de corrélation entre les variations de rendements et la chute. (Sur l’axe horizontal est représenté le coefficient de débit de l’injecteur, c’est-à-dire ici son ouverture. Les valeurs faibles de φ B2 représentent une petite ouverture et les grandes valeurs une grande ouverture). Ceci a tendance à confirmer le faible impact des forces aérodynamiques dans la situation où le jet présente uniquement des perturbations de l’interface. En revanche ces perturbations instationnaires de la surface du jet font que la position radiale maximale de l’interface du jet est plus importante que le rayon théorique. Cela peut donc influer sur la capacité de l’auget à récupérer l’ensemble de l’énergie cinétique du jet. L’étude de l’atomisation turbulente [78] a mis en avant l’importance de l’énergie cinétique turbulenteensortied’injecteur.Celle-ciétantliéeàlavitesseetaudiamètredujet,ilestintéressant d’observer l’interface d’un jet issu d’un injecteur à l’échelle prototype. Sur la figure 2.9 nous observons à une distance proche de l’injecteur que l’interface n’a pas la même topologie que celle obtenue à l’échelle modèle. Cette observation est en ligne avec le modèle développé pour expliquer leprincipe d’atomisationturbulente. Al’échelle prototype, l’énergiecinétique turbulente étant plus importante la déformation d’interface est plus prononcée. Le nombre de Reynolds du jet pour cette configuration est d’environ 4.10 6 , ce qui reste un ordre de grandeur inférieur à ce qui peut être observé sur d’autres turbines Pelton, tableau 1.2. Ainsi il est possible que pour les turbines Pelton dont le nombre de Reynolds du jet est plus important, il apparaisse des gouttes à la périphérie du jet avant que celui-ci impacte les augets, figure 2.10. Le mode de fragmentation étant désormais déterminé, il est intéressant de savoir ce qui peut l’impacter. Comme cela a été montré, la couche limite dans l’injecteur peut être primordiale pour les propriétés de fragmentation d’un jet, [43], [5]. Pour vérifier ceci dans le cas d’un injecteur de turbine Pelton, il a été décidé de modifier la rugosité du pointeau et/ou de l’embouchure, figure 2.11 . Cette modification de rugosité a été effectuée pour obtenir une rugosité Ra de 3.5µm au lieu de 0.35µm pour une surface non sablée. (Les valeurs de rugosité obtenues sur prototype pour les surfaces de l’injecteur et des augets varient entre 1.6µm et 4µm.) Les niveaux de rendement associés à ces différentes configurations sont représentés sur la figure 2.12. Nous pouvons voir que l’effet sur le rendement de la variation de rugosité diffère beaucoup entre le pointeau et l’embouchure. En effet cette variation sur l’embouchure a une influence limitée sur le rendement alors que celle sur le pointeau impacte significativement le rendement pour les petites ouvertures et peu pour les grandes. Il est difficile de relier ces variations aux différents paramètres de qualité d’un jet, car pour le
2.1. Expérimentations à l’échelle modèle sur un stand Pelton horizontal 39 (a) Z/D 0 = 5 (b) Z/D 0 = 10 Figure 2.5 – Images du jet pour une chute de 67m (a) Z/D 0 = 5 (b) Z/D 0 = 10 Figure 2.6 – Images du jet pour une chute de 97m (a) Z/D 0 = 5 (b) Z/D 0 = 10 Figure 2.7 – Images du jet pour une chute de 127m
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Chapitre 7 Bilan Les développement
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158 Chapitre 7. Bilan la condition
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