Développement d’une chaîne de thermométrie par imagerie rapide de fluorescence induite par laser à deux couleurs - Application à l’impact d’une goutte sur une paroi chaude ou sous-refroidie
Kaoutar Taleb, Guillaume Castanet, Alexandre Labergue
: kaoutar.taleb@univ-lorraine.fr
Université de Lorraine, CNRS, LEMTA, F-54000, Nancy, France
Mots clés : Fluorescence induite par laser rapide, interaction goutte/paroi
Résumé :
L’impact d’une goutte sur une surface surchauffée ou sous-refroidie joue un rôle important dans de nombreuses applications. Le refroidissement par sprays, par exemple, consiste en l’impact de gouttes sur une surface surchauffée. Dans le domaine de l’aéronautique, le givrage des gouttes sur les parois des aéronefs, fait l’objet de nombreuses études pour limiter le risque d’accident. Dans ces deux situations, le changement d’état (ébullition et solidification) est fortement influencé par la dynamique d’impact de la goutte et le transfert de chaleur à l’intérieur de la goutte. Malgré les efforts apportés dans la modélisation de ces phénomènes, la mesure de la température de la phase liquide, par des techniques optiques non intrusives, reste incontournable. Parmi celles-ci, la technique de thermométrie par imagerie de fluorescence induite par laser a suscité de nombreux développements et en particulier les méthodes ratiométriques dite «à deux couleurs ». Le principe consiste à mesurer l’intensité de la fluorescence simultanément dans deux bandes spectrales différentes et d’en effectuer le rapport. Ce rapport est en principe insensible aux phénomènes optiques (réfraction, réflexion) qui peuvent perturber l’intensité du signal de fluorescence. En outres, le rapport permet de mesurer la température quand les deux bandes de détection choisies ont des sensibilités différentes à la température. Jusqu’à présent, les applications de la méthode à de l’imagerie ont été limitées en termes de résolution temporelle par la fréquence de répétition des tirs du laser pulsé et par la fréquence d’acquisition de caméras (dans les deux cas de seulement quelques Hz). De ce fait, aucun développement n’a pour le moment permis de suivre des phénomènes très rapides dans le temps, comme l’évolution de la température dans une goutte impactant une paroi surchauffée ou sous-refroidie. Dans cette étude, la synchronisation de deux caméras rapides avec un laser pulsé à haute cadence d’une puissance maximale de 50 W permet de mesurer l’évolution spatiotemporelle de la température à la fréquence de plusieurs milliers d’images par seconde. Par ailleurs, la technique emploie un couple de colorants fluorescents qui permet de maximiser la sensibilité en température du rapport de fluorescence et donc la précision de la mesure.
Work In Progress