Thomas Naudin¹, Dominique Tarlet¹, Jérôme Bellettre^1, ⋆, Patrizio Massoli^2
⋆ : jerome.bellettre@univ-nantes.fr
¹ Laboratoite de Thermique et Energie de Nantes (LTeN)
² STEMS CNR
Mots clés : Emulsion, goutte, atomisation, micro-explosion
Résumé :

La micro-explosion, où seconde atomisation, se produit au sein d’une goutte d’émulsion d’eau dans l’huile, lorsque la phase dispersée atteint la température de saturation. S’en suit alors un changement d’état soudain de la phase aqueuse au sein de la couche huileuse environnante, toujours à l’état liquide, résultant en une fragmentation de cette dernière en un nuage de fines gouttes appelées « gouttes filles ». Ce phénomène, appelé micro-explosion, permet d’obtenir une combustion de meilleure qualité de part une surface totale de combustible en contact avec l’air plus grande dans le cas d’un nuage de fines gouttes par rapport à celui d’une goutte simple.

Il a été observé expérimentalement, que le comportement des gouttes d’eau dispersées durant le chauffage précédent la micro-explosion avait un impact significatif sur la qualité de celle-ci. En effet, lorsque sujettes à des mouvements de convection interne (de par l’hétérogénéité du champ de température au sein de l’émulsion), les gouttes d’eau ont tendance à se regrouper en partie basse de la goutte d’émulsion, puis à fusionner (phénomène de coalescence), en des gouttes de taille plus grande. Ce phénomène est accentué par la perte du pouvoir stabilisant du surfactant avec la température. Cette coalescence de petites gouttes en des gouttes de tailles plus grandes semble permettre d’obtenir une micro-explosion plus forte, de par l’énergie plus grande libérée lors du changement de phase.

L’étude présentée se propose de mesurer l’influence du chauffage radiatif sur le phénomène de micro-explosion, ainsi que l’importance de la convection interne au sein de la goutte d’émulsion pouvant résulter en la coalescence de la phase dispersée. Pour se faire, la goutte d’émulsion est chauffée à l’aide de deux panneaux radiatifs dont la température de surface est contrôlée et peut-être variée entre 300 et 700^∘C. L’expérience est filmée à l’aide d’une caméra rapide permettant d’étudier le comportement de l’émulsion durant sa phase de montée en température ainsi que les mouvements des gouttelettes d’eau. L’influence de la distance des panneaux à la goutte ainsi que de la puissance de chauffe est étudiée (délai avant la micro-explosion, puissance radiative reçue…). Différents positionnements des panneaux sont utilisés, afin d’accentuer où de bloquer les mouvements de convection naturelle, et ainsi de mesurer la prépondérance (ou non) de la coalescence de la phase dispersée sur la micro-explosion. Cette étude a pour but de mieux comprendre le comportement des systèmes diphasiques que représentent les émulsions afin d’optimiser les différents paramètres permettant de maximiser la probabilité d’occurrence de la micro-explosion et sa qualité.

Work In Progress