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OCENI Abdou Gafari PRESENTATION SUSCINTES DE QUELQUES AXES DE RECHERCH ES.

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1 OCENI Abdou Gafari PRESENTATION SUSCINTES DE QUELQUES AXES DE RECHERCH ES

2 Pour faciliter lanalyse, la compréhension et la maîtrise des phénomènes industriels en particulier dans le domaine des écoulements en mécanique des fluides, deux voies sont explorées : La première est Lexpérimentation qui permet La seconde à caractère plus appliquée soriente vers lutilisation des connaissances et des expériences acquises en mécanique des fluides et en méthodologie numérique pour modéliser et simuler ces écoulements. Cela consiste clairement à établir des modèles mathématiques représentatifs de leur évolution, pour pouvoir les calculer. Mes compétences dans lenseignement et la recherche sinscrivent dans le maniement et la maîtrise des outils techniques utilisés dans les deux axes ci-dessus citées. Durant mon parcours, au laboratoire dEtudes Aérodynamique, à lEcole Nationale Supérieure de Mécanique et dAérotechnique (ENSMA ) et à lUniversité de Poitiers, jai travaillé dans des équipes dynamiques, enthousiastes, avec des experts en leur domaine respectifs et dont les travaux sont mondialement connus.

3 Pour cela, le document que je présente donne un aperçu sur les différents axes des mes recherches ces dernières années regroupant notamment Lélectrojet Le contrôle par actionneurs plasma des écoulements aérodynamiques Le contrôle par actionneurs plasma des écoulements aérodynamiques la modélisation et la simulation numérique des écoulements turbulents avec à la clé, la conception de modèles algébriques explicites valables en région de proche paro i.

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5 Que renseigne nous les propriétés physiques des gouttes électriquement chargées ? Pour le cas particulier des moteurs thermiques on constate que la diminution de la taille des gouttes permet une amélioration de la combustion Nous allons nous intéressé au procédé délectrisation par injection des charges électriques dans le gasoil Goutte à 0kv Goutte à 25kv Nul nignore aujourdhui limportance de la préservation de notre environnement. Comment y parvenir ? Cest un véritable défi auquel les chercheurs sont confrontés. Si dici 2020 les émissions de NOx provenant de la combustion des moteurs doivent être considérablement réduites, il est nécessaire de se donner les moyens pour y parvenir. En soit, laffaire est compliquée.

6 Objectif : Analyser théoriquement et expérimentalement comment un champ électrique peut modifier les caractéristiques hydrodynamiques dun jet à haute vitesse Effets souhaités: Améliorer la combustion dans les moteurs, les réacteurs les bruleurs etc….. Réduction de limpact environnemental des rejets ( gaz polluants, principalement les NOx) Domaines visées Pulvérisation agricole, peinture électrostatique industries aéronautiques, pharmaceutiques, automobiles atomisation des carburants dans les réacteurs etc ……

7 n Pe xt Pi( z) z x h Gazoil Coordonnées de labscisse curviligne Equation du profil Résolution numérique : Runge Kunta dordre 1

8 Déroulement de lexpérience Mise en place du dispositif Obtention de gouttes sans charge Prise de vue du profil de la goutte Mise sous tension de lalimentation Injection de charges dans le Gasoil Prise de vue du profil de la goutte chargée Traitement des Images Résultats et Analyse

9 Résultats et optimisation du profil Profil de référence obtenu à partir des résultats théoriques Ajustement du profil des gouttes charges au profil théorique

10 conclusion :

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12 Principe : Consiste à créer une décharge électrique de surface dans le but de modifier une couche limite Objectif : Apporter la quantité de mouvement (vent ionique ) Avantages : Simple, faible consommation, temps de réponse très court Limitations : Faible vitesse de lécoulement induit ( ordre de 5 m/s) Domaines dApplications : - Ingénierie en générale et en particulier en aérodynamique, Combustion - Dépollution de lair (précipitateurs électrostatiques) - Dépollution des rejets de combustibles Le contrôle par actionneur plasma des écoulements aérodynamiques Actionneur plasma = convertisseur électromécanique Actionneur Production dions Collision avec les particules neutre s

13 Etude des propriétés électriques et mécaniques dactionneurs plasma Objectifs : Etude comparatives des propriétés des deux actionneurs DBD et Sliding Analyser leur interaction avec un écoulement de couche limite Expliquer le mécanisme de la sliding Les actionneurs : Zone de plasma Téflon Electrode supérieure AC Electrode à la masse Electrode inférieure DC 40 mm X Y Electrode supérieure AC Electrode supérieure DC

14 Dispositif expérimental : Equipement électrique Amplificateur haute tension (TREK 3OKv/40mA) Générateur GBF basse fréquence Capteur de Courant ACCT BERGOZ (précision 3 A, courant max : 100mA) Forme donde sinusoïdale, fréquence 1 ou 2 KHZ Générateur GBF Oscilloscope Amplificateur haute tension (TREK) Alimentations continues

15 Résultats mesures électriques Actionneur DBD Courant de décharge (mA/m) Zone de plasma Téflon Electrode supérieure AC Electrode à la masse Sur AC, on applique une tension sinusoïdale sin(-16,+14) Lélectrode DC reliée à la masse Lélectrode DC reliée à la masse Condition d'allumage : Expérimentalement, la DBD sallume si la tension crête à crête est supérieure à une valeur seuil de 8 kV seuil de 8 kV On mesure le courant de décharge on supprime la composante capacitive

16 Actionneur Sliding Courant de décharge (mA/m) Sur AC, on applique une tension sinusoïdale Sur AC, on applique une tension sinusoïdale sin(-14,+18) sin(-14,+18) Sur les DC, on applique une tension continue -16 kV Sur les DC, on applique une tension continue -16 kV Condition d'allumage : Expérimentalement, la sliding sallume lorsque la différence de potentiel entre les électrodes de dessus atteint 24 kV On mesure le courant de décharge on supprime la composante capacitive Electrode inférieure DC 4 cm X Y DC Electrode supérieure AC Electrode supérieure AC Electrode supérieure DC

17 Diminution de lépaisseur du diélectrique entraine une augmentation du pic de courant de décharge dans le cas des deux actionneurs (sliding et DBD ) Il semble que la fréquence na pas dinfluence notable sur le pic de sliding. Ces expériences montrent que Linfluence de la tension, de lépaisseur du plaque, et de la fréquence ont été étudiées

18 Moyens de mesure Tube de Pitot Mesure vitesse horizontale Moyen de mesure limité Mesures des propriétés mécaniques : Influence des décharges sur une couche limite PIV Mesures spatiales (2D) Utilisation de la soufflerie Plage de vitesse : 1.5 m/s à 30m/s Veine de sortie : 50x300mm Dispositif densemencement : générateur de fumée Caméra CCD 1280x1024 px, 12 bits Laser Young double impulsion (modèle TWING Temps entre deux acquisitions : réglée en fonction de la vitesse Vitesse de lécoulement externe : 5m/s Temps acquisition de couple de vecteurs : toutes les 0.25s (4hz)

19 Résultats Pitot : Profils de vitesses DBD Sliding Air Ces expériences montrent quil y a apport de qt de mouvement dans la couche dans les 2 cas La vitesse max est obtenue au alentour de x=10mm (jusquà 3.2 m/s) La sliding est meilleurs dans les positions inférieures et moins bonne ailleurs

20 Résultats PIV : Cartographie champ moyen de vitesse : DBD Cartographie du champ moyen de vitesse horizontale sans la décharge champ moyen de vitesse verticale avec lactionneur DBD champ moyen de vitesse horizontale avec lactionneur DBD Vitesse ext. 5m/s

21 différence du champ moyen de vitesse horizontale avec et sans la décharge cartographie de la différence du champ moyen de vitesse verticale avec et sans la décharge Configuration étudiée: Sin( -18,+18) f2 e3 Vitesse extérieure : 5 m/s Plaque en PMMA 4 cm Y X AC Masse Biseau Apport de vitesse horizontale de lordre de 2 m/s à 2.5 m/s dans la couche limite Réduction de lépaisseur de la couche limite dans lespace inter - électrodes Décollement de lécoulement en amont de lélectrode AC. Perturbation de lécoulement au niveau de lélectrode aval ( pb de reflet) Forte aspiration de lécoulement vers lactionneur à x=0

22 Résultats PIV : Cartographie champ moyen de vitesse : Sliding Cartographie du champ moyen de vitesse horizontales avec la décharge Sliding Cartographie du champ moyen de vitesse horizontale sans la décharge Vitesse ext. 5mm/s Cartographie du champ moyen de vitesse verticale avec la sliding

23 Cartographie de la différence du champ moyen de vitesse horizontale avec et sans la décharge Cartographie de la différence du champ moyen de vitesse verticale avec et sans la décharge Apport de vitesse horizontale de lordre de 3 m/s dans la couche limite Diminution de lépaisseur de la couche limite Décollement de lécoulement en amont de lélectrode AC Aspiration de lécoulement vers lactionneur à x = 0 Configuration étudiée: Sin( -18,+18)+20 f2 e3 Vitesse extérieure : 5 m/s Plaque en PMMA 4 cm Y X AC DC Biseau

24 Au voisinage de lélectrode AC lapport de vitesse dans la couche limite de la Sliding semble plus importante que celle de la DBD Au Voisinage de lélectrode DC, apport DBD plus importante Résultats confirmés par les profils de vitesses Aspiration semble plus forte du côté de la DBD que de la sliding Comparaison DBD / Sliding

25 Conclusion Ce travail donne les premiers résultats sur les propriétés électriques et mécaniques de lactionneur sliding (qui est très complexe) et nous permet de proposer une explication de son mécanisme Des études complémentaires plus fines pourront permettre de mieux comprendre ce mécanisme notamment lors de lalternance négative de la tension. Une étude par LDV par exemple peut permettre de corréler la vitesse instantanée avec le courant de décharge Nous pouvons noter que la présence dun actionneur plasma modifie la configuration dun lécoulement en couche limite, à environ 0.5mm de la paroi en y apportant une quantité de mouvement supplémentaire. La modification des données électriques (tension, fréquence) et /ou de lépaisseur de la plaque contribue à lamélioration de la quantité dair injectée ( actuellement avec la DBD, on obtient jusquà 7 m/s) De nombreuses applications sont en cours actuellement aussi bien dans lamélioration des procédés de combustion ( stabilisation des flammes dans les réacteurs par exemple ) que dans latténuation des problèmes liés à laérodynamisme de lavion en évitant certains décollement quand les écoulements d'air qui enrobent l'avion s'en écartent au détour de certaines pièces Actuellement, le LEA travaille à un tel procédé, qui serait disposé sur les ailes après avoir mis en place celui situé à la sortie du jet de propulsion pour lequel les actionneurs permettent de lorienter dans la direction souhaitée afin daccroitre les pentes de montée lors du décrochage pour gagner plus vite les cieux et réduire par conséquent la zone touchée par les nuisances sonores.

26 EN CONSTRUCTION


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