oceni abdou gafari presentation suscintes de quelques axes de recherch es
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OCENI Abdou Gafari
PRESENTATION SUSCINTES DE QUELQUES
AXES DE RECHERCHES
Pour faciliter l’analyse, 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 L’expérimentation qui permet
La seconde à caractère plus appliquée s’oriente vers l’utilisation 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 l’enseignement et la recherche s’inscrivent dans le maniement et la maîtrise des outils techniques utilisés dans les deux axes ci-dessus citées. Durant mon parcours, au laboratoire d’Etudes Aérodynamique, à l’Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique (ENSMA ) et à l’Université de Poitiers, j’ai travaillé dans des équipes dynamiques, enthousiastes, avec des experts en leur domaine respectifs et dont les travaux sont mondialement connus.
Pour cela, le document que je présente donne un aperçu sur les différents axes des mes recherches ces dernières années regroupant notamment
L’électrojet
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 paroi.
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 d’électrisation par injection des charges électriques dans le gasoil
Goutte à 0kv Goutte à 25kv
Nul n’ignore aujourd’hui l’importance de la préservation de notre environnement. Comment y parvenir ? C’est un véritable défi auquel les chercheurs sont confrontés. Si d’ici 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 , l’affaire est compliquée.
Objectif :
Analyser théoriquement et expérimentalement comment un champ électrique peut modifier les caractéristiques hydrodynamiques d’un jet à haute vitesse
Effets souhaités:
Améliorer la combustion dans les moteurs, les réacteurs les bruleurs etc….. Réduction de l’impact environnemental des rejets ( gaz polluants, principalement les NOx)
Domaines visées
Pulvérisation agricole, peinture électrostatique industries aéronautiques, pharmaceutiques, automobilesatomisation des carburants dans les réacteurs etc……
n
Pext
Pi(z)
z
x
h
Gazoil
sin
cos
dsdzdsdx
Coordonnées de l’abscisse curviligne
Equation du profil
Xcz
bds
d
sin2
Résolution numérique : Runge Kunta d’ordre 1
XX nnnns
)].cos(2
1)cos(
2
3[
11
ZZ nnnns
)].sin(2
1)sin(
2
3[
11
Déroulement de l’expérience
Mise en place du dispositif
Obtention de gouttes sans charge Prise de vue du profil de la goutte
Mise sous tension de l’alimentation
Injection de charges dans le Gasoil Prise de vue du profil de la goutte chargée
Traitement des Images Résultats et Analyse
Résultats et optimisation du profil
Profil de référence obtenu à partir des résultats théoriques
Ajustement du profil des gouttes chargesau profil théorique
conclusion :
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 l’écoulement induit ( ordre de 5 m/s)
Domaines d’Applications : - Ingénierie en générale et en particulier en aérodynamique, Combustion - Dépollution de l’air (précipitateurs électrostatiques)
- Dépollution des rejets de combustibles
Le contrôle par actionneur plasma des écoulements aérodynamiques
Actionneur plasma =
convertisseur électromécanique
Actionneur
• Production d’ions• Collision avec les particules neutres
Etude des propriétés électriques et mécaniques d’actionneurs 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 Electrode supérieure ACsupérieure AC
Electrode à la masse
Electrode inférieure DC
40 mm
X
Y Electrode supérieure Electrode supérieure ACAC
Electrode supérieure DC
Dispositif expérimental :
Equipement électrique
Amplificateur haute tension (TREK 3OKv/40mA) Générateur GBF basse fréquence Capteur de Courant ACCT BERGOZ (précision 3A , courant max : 100mA)Forme d’onde sinusoïdale , fréquence 1 ou 2 KHZ
Générateur GBF Oscilloscope
Amplificateur haute tension (TREK)
Alimentations continues
Résultats mesures électriques
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0-10-8-6-4-202468
10
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Co
ura
nt
me
su
rée
mA
/m
temps (ms)
Sin(-16 +14) f1 e6 Tension AC
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Co
uar
nt
de
déc
har
ge
mA
/m
temps (ms)
Sin(-16 +14) f1 e6 Tension AC
Actionneur DBD Actionneur DBD Courant de décharge (mA/m)
Zone de plasma
Téflon
Electrode Electrode supérieure ACsupérieure AC
Electrode à la Electrode à la massemasse
• Sur AC, on applique Sur AC, on applique une tension sinusoïdale sin(-16,+14) une tension sinusoïdale sin(-16,+14) • L’électrode DC reliée à la masseL’électrode DC reliée à la masse
Condition d'allumage : Condition d'allumage : Expérimentalement, la DBD s’allume si la Expérimentalement, la DBD s’allume si la tension crête à crête est supérieure à une valeurtension 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
Actionneur Sliding 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 kVSur les DC, on applique une tension continue -16 kV
Condition d'allumage : Condition d'allumage : Expérimentalement, la sliding s’allume lorsque laExpérimentalement, la sliding s’allume lorsque ladifférence de potentiel entre les électrodes de différence de potentiel entre les électrodes de dessus atteint 24 kVdessus atteint 24 kV
On mesure le courant de décharge
on supprime la composante capacitive
Electrode Electrode inférieure DCinférieure DC
4 cm
X
Y
DC
Electrode Electrode supérieure ACsupérieure AC
Electrode Electrode supérieure DCsupérieure DC
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0-50-40-30-20-10
010203040
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Co
ura
nt
me
su
ré m
A/m
temps (ms)
Sin(-14 +18)-16 e4
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6-30
-20
-10
0
10
20
30
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Co
uar
nt
de
déc
har
ge
mA
/m
temps (ms)
Sin(-14 +18)-16 f1 e6
DBD
DBD + Sliding
Diminution de l’épaisseur 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 n’a pas d’influence notable sur le pic de sliding.
Ces expériences montrent que Ces expériences montrent que
L’influence de la tension, de l’épaisseur du plaque, et de la L’influence de la tension, de l’épaisseur du plaque, et de la fréquence ont été étudiéesfréquence ont été étudiées
Moyens de mesure
Tube de Pitot Mesure vitesse horizontale Moyen de mesure limité
Mesures des propriétés mécaniques : Influence des décharges sur une couche limite
Résultats Pitot : Profils de vitesses
0
2
4
6
8
10
12
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Y ( m
m )
vitesse ( m/s )
X = 40 mm
sin(-18 +18) okv 2 KHZ
DBD
Sliding 0
2
4
6
8
10
12
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3
Y ( m
m )
vitesse ( m/s )
X = 1 mm
sin(-18 +18)-18 2khz
0
2
4
6
8
10
12
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Y (
mm
)
vitesse ( m/s )
X = 1 0 mm
sin(-18 +18)-18 2khz
0
2
4
6
8
10
12
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Y (
mm
)
vitesse ( m/s )
X = 10 mm
sin( -18 +18) okV 2 KHZ
Air
Ces expériences montrent qu’il y a apport de qt de mouvement dans la couche dans les 2 cas La vitesse max est obtenue au alentour de x=10mm (jusqu’à 3.2 m/s) La sliding est meilleurs dans les positions inférieures et moins bonne ailleurs
Résultats PIV : Cartographie champ moyen de vitesse : DBD
Cartographie du champ moyen de vitesse horizontale sans la décharge
champ moyen de vitesse verticale avec l’actionneur DBDchamp moyen de vitesse horizontale avec l’actionneur DBD
Vitesse ext. 5m/s
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 PMMA4 cm
Y
X
ACAC
Masse
Biseau
Apport de vitesse horizontale de l’ordre de 2 m/s à 2.5 m/s dans la couche limiteRéduction de l’épaisseur de la couche limite dans l’espace inter - électrodesDécollement de l’écoulement en amont de l’électrode AC. Perturbation de l’écoulement au niveau de l’électrode aval ( pb de reflet)Forte aspiration de l’écoulement vers l’actionneur à x=0
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
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 l’ordre de 3 m/s dans la couche limiteDiminution de l’épaisseur de la couche limite Décollement de l’écoulement en amont de l’électrode AC Aspiration de l’écoulement vers l’actionneur à x = 0
•Configuration étudiée: Sin( -18,+18)+20 f2 e3
•Vitesse extérieure : 5 m/s
•Plaque en PMMA4 cm
Y
X
AC
DC
Biseau
Au voisinage de l’électrode AC l’apport de vitesse dans la couche limite de la Sliding semble plus importante que celle de la DBDAu Voisinage de l’électrode 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
Conclusion
Ce travail donne les premiers résultats sur les propriétés électriques et mécaniques de l’actionneur 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 l’alternance 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 d’un actionneur plasma modifie la configuration d’un l’écoulement 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 l’épaisseur de la plaque contribue à l’amélioration de la quantité d’air injectée ( actuellement avec la DBD, on obtient jusqu’à 7 m/s)
De nombreuses applications sont en cours actuellement aussi bien dans l’amélioration des procédés de combustion ( stabilisation des flammes dans les réacteurs par exemple ) que dans l’atténuation des problèmes liés à l’aérodynamisme de l’avion 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 l’orienter dans la direction souhaitée afin d’accroitre les pentes de montée lors du décrochage pour gagner plus vite les cieux et réduire par conséquent la zone touchée par les nuisances sonores.
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