Evaporation d’une petite goutte en chute libre dans l’air

ETUDE DE LA VITESSE INSTANTANEE D’UNE PETITE GOUTTE EN CHUTE LIBRE : INFLUENCE DE L’EVAPORATION

GUELLA Sofiane¹, MARION Michël¹, LEPINASSE Eric¹, SABONI Abdellah^2,*

1 Laboratoire de Thermodynamique des procédés, Université de Caen, IUT de

Cherbourg - Manche, Dépt GTE, 120 rue de l’Exode 5000 Saint Lô, France.

2 Laboratoire Risques Chimiques et Procédés, INSA de Rouen,

BP 08, Pl. E. Blondel, 76131 Cedex Mont-Saint-Aignan, France.

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Résumé

L’évaporation a un effet considérable sur la vitesse instantanée d’une goutte en chute libre dans l’air. Plusieurs travaux ont permis de proposer un ensemble de corrélations sur les transferts de matière et de chaleur dans le cas de gouttelettes stagnantes ou de sphères [1-2]. Cependant, peu d’études ont été réalisées sur des gouttes en chute libre [3-4].

Nous nous intéressons à la modélisation de la vitesse instantanée d’une particule liquide de diamètre inférieur au millimètre en chute libre dans l’air. Le calcul de cette vitesse nécessite le bon choix d’une équation prédictive du coefficient de traînée. Nous utilisons ici une corrélation originale issue des travaux de Saboni et al [5] et Saboni et al [6]. Celle-ci est valable pour des nombres de Reynolds inférieurs à 400 et pour n’importe quel rapport des viscosités entre les phases dispersée et continue. Pour mieux simuler la vitesse instantanée da la goutte en chute libre dans l’air, nous prenons compte dans notre approche du phénomène d’évaporation.

Afin de valider le modèle, des investigations expérimentales sont menées dans un tunnel vertical de 2.6 m de hauteur. La mesure de la vitesse locale d’une goutte est réalisée à différentes hauteurs de chute, entre 5 et 140 cm de son lieu d’émission. L’ensemble des mesures décrit ainsi l’évolution complète de la vitesse de chute de la goutte. Une étude systématique est menée sur les influences de la taille initiale, de la masse volumique et de la viscosité des particules. Des mesures sont réalisées sur des liquides de caractéristiques différentes : l’eau, le 2-éthylhexanol, l’éthanol et l’acétone.

La comparaison du présent modèle avec des points expérimentaux de la littérature d’une part et avec nos résultats expérimentaux d’autre part donne une bonne concordance.


Références

[1] N. Frösling, Gerlands Beitrage zur Geophysik 52 (1939) 170.

[2] R. Chang, E. J. Davis, J. Colloid Interface Sci 47 (1974) 65.

[3] P. J. Erens, J. H. Mercker, A. A. Dreyer, Proceeding of the 10^th International Heat Transfer Conference, Brighton 3 (1994) 305.

[4] J. D. Sartor, C. E ; Abbott, J. Appl. Meteor 14 (1975) 232.

[5] A. Saboni, S. Alexandrova, AIChe. J 48 (2002) 2992

[6] A. Saboni, S. Alexandrova, C. Gourdon, Chem Eng J 98 (2004) 175.