Visualisation, granulométrie et évaporation de gouttes et de sprays – Etude dans une atmosphère close et pressurisée

The objective of this thesis is to determine the influence of ambient pressure between 100 and 600 KPa on the evaporation of a drop, and on the evaporation of a spray in the same conditions. The first step is to study the influence of ambient pressure on the evolution of the shape, the diameter, the speed and the evaporation rate of a drop of liquid in free fall. Then, an optical measurement technique has been used and a methodology was developed to calibrate this measurement technique and minimize measurement errors on the particle size. In parallel, an analytical model of evaporation of falling drops has been developed: a particular attention was paid to the determination of an appropriate correlation for the drag coefficient to take into account changes in the shape of drops during their fall. This model of evaporation of drop is compared with a spray evaporation model (taking into account the training of air, the vapor concentration away form the drop and the influence of the pressure to show the limits of this drop evaporation model when applied to the evaporation of a spray. The second phase of the study was to apply the measurement techniques and analysis developed previously to study the drop size of a spray to characterize the influence of three parameters: ambient pressure, injection pressure of the liquid and nature of the liquid. The analysis of the results allowed developing a statistical model to determine the size of the drops of these sprays.L’objectif de cette thèse consiste à déterminer l’influence d’une pression ambiante comprise entre 100 à 600 KPa sur l’évaporation d’une goutte, puis sur l’évaporation d’un spray soumis aux mêmes conditions. La première étape consiste à étudier l’influence de la pression ambiante sur l’évolution de la forme, du diamètre, de la vitesse et du débit d’évaporation d’une goutte de liquide en chute libre. Pour cela, une technique de mesure optique a été utilisée et une méthodologie a été développée pour calibrer cette technique de mesure et ainsi minimiser les erreurs de mesures sur la taille des particules. En parallèle, un modèle analytique d’évaporation de gouttes en chute libre a été développé : une attention particulière a été portée sur la détermination d’une corrélation adaptée au calcul du coefficient de traînée afin de tenir compte de l’évolution de la forme des gouttes au cours de leur chute. Ce modèle d’évaporation de gouttes est comparé à un modèle d’évaporation de spray (prenant en compte l’entrainement d’air, la concentration de vapeur au loin de la goutte et l’influence de la pression ambiante) pour montrer les limites du modèle d’évaporation de gouttes lors de son application à l’évaporation d’un spray. La deuxième étape de l’étude a consisté à appliquer les techniques de mesure et d’analyse mises au point précédemment à l’étude de la granulométrie d’un spray pour caractériser l’influence de trois paramètres : la pression ambiante, la pression d’injection du liquide et la nature du liquide. L’analyse des résultats a permis de développer un modèle statistique pour déterminer la granulométrie de ces sprays