Investigation des instabilités hydrodynamiques des Jets liquides libres

Abstract

L 'analyse de la stabilité d'un jet liquide constitue une question cruciale pour plusieurs applications technologiques particulièrement pour les systèmes d'injection. Le mécanisme fondamental responsable de la rupture d'un jet liquide est l’instabilité provoquée par la tension de surface. D'autres mécanismes peuvent toutefois modifier le processus de rupture, la longueur intacte et la distribution en taille des gouttes. Ces mécanismes comprennent les forces aérodynamiques, la chaleur ou le transfert de masse sur la surface jet, la relaxation du profil de vitesse et l'intensité de la turbulence. Afin d'étudier certains régimes de break-up sous l'influence du profil de relaxation de vitesse, trois buses de différentes géométries ont été teste dans ce travail. Ces buses ont une forme droite (ƒ¿=0 ‹) et coniques (convergent vers la sortie, ƒ¿=5 ‹, 8 ‹). Le diamètre du jet a la sortie de la buse est de 0,5 mm. Le processus de rupture du jet d'eau est simule sur la base d'un modèle mathématique adapte par FLUENT, en utilisant la méthode de volumes finis pour résoudre les équations de Navier-Stokes et l'équation de continuité dans une géométrie axisymetrique a deux dimensions. La méthode VOF (Volume of Fluid) est utilisée pour la capture et la restructuration de l'interface de la surface libre du jet d'eau. Le modèle de turbulence k-ƒÃ est applique pour simuler le jet turbulent. Afin de se limiter uniquement au premier régime de la rupture, la vitesse du jet doit être relativement faible (de l'ordre de 1 m/s à 2 m/s pour le laminaire et de 4.5 a 20 m/s pour le turbulent), tandis que l’intensité de turbulence maximale considérée est d'environ 10%. Les résultats montrent la formation d'une longueur intacte du jet avant la rupture en gouttes, cette longueur dépend du profil de vitesse du jet et de la géométrie de la buse. Les gouttes ainsi formées sont uniforme et leur taille est similaire au diamètre de la buse. A la sortie de la buse conique (5‹ et 8 ‹), les instabilités du jet se développent rapidement et la taille des gouttes qui en résulte est plus petite que le diamètre du jet. Cependant, la longueur intacte est plus grande par rapport aux jets issus de la buse à faible angle de contraction (0 ‹). L'effet de la turbulence sur l'écoulement est aussi examine dans cette étude. Il est a remarquer que la turbulence favorise la rupture du jet a la fin du filet d'eau et d'augmenter sensiblement la longueur continue du jet.