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.

EN CONSTRUCTION