Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 1

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique

2014-2015

Méthodes Expérimentales en

Mécanique des Fluides

Frédéric MOISY

Université Paris-SudLaboratoire FAST

Bâtiment 502 – 91405 Orsay

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 2

Soufflerie Pininfarina – Ferrari P45

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 3

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 4

Les mesures de vitesse

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 6

Instantané en 1 point (HWA, LDV) Instantané 2D (PIV)

Profils moyens

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 7

I - Tubes de Pitot

Tests en soufflerie

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 8

Tubes de Pitot pour l’aéronautique

www.sensors.goodrich.com

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

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 10

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 11

Tube de Pitot en écoulement supersonique

Les mesures de vitesse

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 13

II – Anémométrie à fil chaud

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 14

www.omega.com

200-1000 euros

www.dantecdynamics.com

1000 – 10 000 euros

Modèle « de poche »(vitesse moyenne)

Modèle « laboratoire »(vitesse instantanée)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 15

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 16

(d’après Dantec)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 17

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 18

Calibration : la loi de King E(U)2 = A + B U1/2

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 19

Re = 10

Re = 13

Re = 26

Re = 1.5

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 20

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 21

Asservissement d’un anémométre à fil chaud

(1) Circuit à courant constant

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 22

Asservissement d’un anémométre à fil chaud

(2) Circuit à température constante

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 23

Effet de longueur finie :

profil de température le long du fil

l/d = 400 l/d = 100

(Champagne et al 1967)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 24

Facteur de contamination angulaire(Lomas, p. 24)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 25

III. Laser Doppler Anemometry

(d’après doc. Dantec)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 28

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 29

60 mm and 85 mm FiberFlow probes

(d’après doc. Dantec)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 30

Measurement of flow in a valve model

Photo courtesy of Westsächsische Hochschule Zwickau, Germany

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 31

Mesures de 3 composantes

(d’après doc. Dantec)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 32

The small integrated 3D FiberFlow probe

(d’après doc. Dantec)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 33

Lumière visible

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 34

Backscatter configuration

Laser Braggcell

Coloursplitter

PM

PM

Fibre manipulators

Single mode polarisationpreserving fibres

Flow

Back scattered light

Multimodefibre

Multimodefibre

Interferencefiltres

Coloursplitter

Single modefibres

(d’après doc. Dantec)

Ecoulement

t

Signal

t

LaserBraggCell Lumière rétrodiffusée

Volume de mesure

Detection

Montage en rétrodiffusion : modèle des franges

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 36

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/e2

intensity points

F

DL

Y

Z

X

Transmittingsystem

Measurementvolume

Intensitydistribution

0 1/e 21

z

x

y X

Z

Y

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 37

Exemple de signal

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 38

Seeding: scattered light intensity

180 0

90

270

210

150

240

120

300

60

330

30

180 0

330210

240 300270

150

12090

60

30

180 0

210

150

240

120

270

9060

300

30

330

dp0.2dp1.0dp10

• Polar plot of scattered light intensity versus scattering angle • The intensity is shown on a logarithmic scale

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 39

Particle Fluid Diameter (m)f = 1 kHz f = 10 kHz

Silicone oil atmospheric air 2.6 0.8TiO2 atmospheric air 1.3 0.4

TiO2 oxygen plasma 3.2 0.8(2800 K)

MgO methane-air flame 2.6 0.8(1800 K)

Ensemencement

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 41

Ecoulement dans une hotte aspiranteFAST, 2003

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 42

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 43

Turbulent pipe flowRe = 5300,100x85 vectors

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

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 45

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 46

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 47

Turbulence en rotationCollaboration FAST – Coriolis (Grenoble) - 2005

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 48

(d’après doc. LaVision)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 49

Configuration optique

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 50

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

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

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 53

Multiple-exposure PIV image (obsolete)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 54

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 55

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 56

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 57

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 58

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 59

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 60

PIV stéréoscopique (3C2D)

http://homepage.usask.ca/~drs694/stereoPIV1.jpg

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 61

PIV stéréoscopique (3C2D)

45° 45°

Truedisplacement

Displacementseen from left

Displacementseen from right

Focal plane =Centre oflight sheet

Leftcamera

Rightcamera

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 62

Camera calibration

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 63

3D reconstruction

Resulting 3D vector map

Overlap area withinterrogation grid

Left 2D vector map Right 2D vector map

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 64http://www.dlr.de/as/PortalData/5/Resources/images/abteilungen/abt_ev/artikel/PIV_img3_m.jpg

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 65

PIV multiplan (2C3D)

Master 1 de Physique Appliquée et Mécanique 66

PIV tomographique (3C3D)