Méthodes Expérimentales en Mécanique des Fluides

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 2014-2015 Méthodes Expérimentales en Mécanique des Fluides Frédéric MOISY Université Paris-Sud Laboratoire FAST Bâtiment 502 91405 Orsay Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 1

Soufflerie Pininfarina Ferrari P45 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 2

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 3

Les mesures de vitesse

Instantané en 1 point (HWA, LDV) Instantané 2D (PIV) Profils moyens Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 6

I - Tubes de Pitot Tests en soufflerie Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 7

Tubes de Pitot pour l aéronautique www.sensors.goodrich.com Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 8

www.aerospaceweb.org Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 9

Tube de Pitot en écoulement supersonique Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 11

Les mesures de vitesse

II Anémométrie à fil chaud Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 13

Modèle «de poche» (vitesse moyenne) Modèle «laboratoire» (vitesse instantanée) www.dantecdynamics.com www.omega.com 1000 10 000 euros 200-1000 euros Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 14

(d après Dantec) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 16

Calibration : la loi de King E(U) 2 = A + B U 1/2 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 18

Re = 1.5 Re = 10 Re = 13 Re = 26 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 19

Asservissement d un anémométre à fil chaud (1) Circuit à courant constant Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 21

Asservissement d un anémométre à fil chaud (2) Circuit à température constante Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 22

Effet de longueur finie : profil de température le long du fil (Champagne et al 1967) l/d = 400 l/d = 100 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 23

Facteur de contamination angulaire (Lomas, p. 24) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 24

III. Laser Doppler Anemometry (d après doc. Dantec)

60 mm and 85 mm FiberFlow probes (d après doc. Dantec) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 29

Measurement of flow in a valve model Photo courtesy of Westsächsische Hochschule Zwickau, Germany Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 30

Mesures de 3 composantes (d après doc. Dantec) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 31

The small integrated 3D FiberFlow probe (d après doc. Dantec) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 32

Lumière visible Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 33

Backscatter configuration Single mode polarisation preserving fibres Multimode fibre Interference filtres PM Laser Bragg cell Colour splitter PM Fibre manipulators Colour splitter Flow Multimode fibre Back scattered light Single mode fibres Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 34 (d après doc. Dantec)

Montage en rétrodiffusion : modèle des franges Signal Ecoulement t t Detection Bragg Cell Laser Volume de mesure Lumière rétrodiffusée

Measurement volume The transmitting system generates the measurement volume The measurement volume has a Gaussian intensity distribution in all 3 dimensions The measurement volume is an ellipsoid Dimensions/diameters x, y and z are given by the 1/e 2 intensity points D L 0 1/e 2 F z 1 X Transmitting system Y Z Intensity distribution x Z y X Y Measurement volume Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 36

Exemple de signal Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 37

Seeding: scattered light intensity 120 90 60 120 90 60 120 90 60 150 30 150 30 150 30 180 0 180 0 180 0 210 330 210 330 210 330 240 270 300 240 300 270 240 270 300 d p 10 d p 1.0 d p 0.2 Polar plot of scattered light intensity versus scattering angle The intensity is shown on a logarithmic scale Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 38

Ensemencement Particle Fluid Diameter ( m) f = 1 khz f = 10 khz Silicone oil atmospheric air 2.6 0.8 TiO2 atmospheric air 1.3 0.4 MgO methane-air flame 2.6 0.8 (1800 K) TiO2 oxygen plasma 3.2 0.8 (2800 K) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 39

Ecoulement dans une hotte aspirante FAST, 2003 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 41

Turbulent pipe flow Re = 5300,100x85 vectors Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 43

http://www.cheng.cam.ac.uk/research/groups/polymer/ofm/ Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 44

Turbulence en rotation Collaboration FAST Coriolis (Grenoble) - 2005 Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 47

(d après doc. LaVision) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 48

Configuration optique Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 49

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 51 http://www.physics.auburn.edu/~plasma/basic/dusty/images/sm_dpx_piv.jpg

http://www2.hsu-hh.de/pfs/pust/piv.jpg Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 52

Multiple-exposure PIV image (obsolete) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 53

PIV stéréoscopique (3C2D) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 60 http://homepage.usask.ca/~drs694/stereopiv1.jpg

PIV stéréoscopique (3C2D) Displacement seen from left True displacement Displacement seen from right Focal plane = Centre of light sheet 45 45 Left camera Right camera Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 61

Camera calibration Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 62

3D reconstruction Overlap area with interrogation grid Resulting 3D vector map Left 2D vector map Right 2D vector map Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 63

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 64 http://www.dlr.de/as/portaldata/5/resources/images/abteilungen/abt_ev/artikel/piv_img3_m.jpg

PIV multiplan (2C3D) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 65

PIV tomographique (3C3D) Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 66