CA1245879A - Dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation - Google Patents
Dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitationInfo
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Abstract
Dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation. La mesure se fait par comptage des bulles de vapeur formées par les germes de cavitation dans une zone à section et à pression minimales d'un écoulement forcé dans un conduit. Un noyau déflecteur est disposé dans l'axe du tronçon aval divergent de ce conduit pour éviter des décollements de filets liquides et faciliter le comptage des bulles. Application aux essais hydrodynamiques, notamment aux essais d'hélices en laboratoire.
Description
S87g Dispositif de mesure de la teneur d'un lig~de en ~erme~ de cavitation Dans le domaine de l'hydrodynamique on rencontre des écoulements liquides qui sont appelés "cavitant~3n, parce qu'une bais~e locale de pression peut y engendrer des buLles de vapeur que la remontée ultér~eure de preRqion peut faire disparaitre brutalement par implosion mais qu~ peuvent auRsi s'accrocher à une paroi solide et cro~tre en volume pour ~ormer une cavité. La cavitation, c'est-à-dirs l'apparltion de ces bulle~, e~t un phénomène important : c'est lui, par exemple, qui limlte Aouvent la puis3ance propulsive d'une hélice de bateau.
Le comportement des écoulements cavitants est ~ortemant in~luencé par la teneur en germes des liquides constituant ces écou-lements. Ces ~ermes sont les points ~aibles de la structure desdits llquides. Ils peuvent etre de nature connue ou inconnue, mais peuvent ~5 tou~ours en pratique être earactérisés par leurs pres3ions critiques.
Celle-ci est la presqion, lnférieure à la tension de vapeur et le plus souvent négative, à laquelle il est nécessaire de soumettre le liquide autour d'un germe pour qu'il donne naissance à une bulle de vapeur.
Dans un certain nombre de situation3 pratique~, par exemple pour essayer une hélice en laboratoire, il est néces~aire de mesurer la teneur des liquides utiliqés en germe~ de diverses pre~sions critiques. Cette teneur en germes est le plus souvent représentée sous la ~orme d'un histogramme donnant une concentration cumulée en ~onction d'une pres~ion oritique décroissante.
La présente invention permet une telle mesure.
La mesure de la teneur en germe-~ d'un liquide e~t actuellement réalisée par deux types de méthodes : Les méthodes dites "non-cavitantes" sont utiliRées dans le ca où la nature des germes est connue Ce ~ont alor~ généralement des micro-bulles. On mesure une grandeur caractériRant leur dimen~ion. Au moyen d'une formule de transposition, on en déduit leur preqRion critique. Parmi ces méthodes, on citera : l'holographie9 la méthode électrique de COULTER
et la méthode par diffusion de la lumière.
Dans les méthodes dites ~cavitante~" on force le liquide à
:~2~5;879 passer à gra~de vitesse dans un Yenturi (tube de Venturi). Un YentUri clas~ique est formé d'un convergent conduisant à un ool ~uivi d'un divergent ; la sectlon de passage du fluide est partout circulaire avec un diamètre minlmal au col.
On crée ainsi, au col de ce tube, une zone ds presQion mlnlmale Pt reglable, éventuellement lnférieure à la tension de vapeur du liquide. Lorsqu'un germe passe dana ledit tube~ il est~ ou non, excité, suivant que sa pressioa critique P9 est supérieure ou in~érieure à Pt.
En ~aisant varier Pt, grâce à une variation du débit d'eau passant dans le venturi, on excite des classes cie germes de pre~slons critiques dir~érentes, et 1'on peut ain~i déterminer 1'hi3togramme caractéristique de la population en germes, par détection et comptage des germes excités et mesure des pressions Pt et des débits d'eau. Ces méthodes cavitantes sont not = ent décrite~ dans les documents suivants :
- O.N.R. Symposium~ Unlversité Ann ~arbor (Michigan) 1981. Communica tion de Y.LECOFFRE et J.P. LECOFF (Nuclei and cavitationn.
- Bulletin de l'A.I~R.H, Amsterdam 1982 "Aspects pratiques du contrôle de germes de cavitation sn moyens d'e~sais" (LECOFFRE, MARCOZ, VALIBOUZE).
Le dispositi~ selon la présente invention utilise une méthode cavitante.
Le3 dispositif~ existant actuellement et utilisant une telle méthode présentent trois défauts ma~eurs :
1 - Il exi te une forte intéraction entre les bulle~ se développant au col du ~enturi, et l'écoulement incident. De ce ~ait, à débit d'eau donné, la pression au col varie en fonction du temps et la précision des mesures est médiocre, en particulier lorsque les concentrations en germes actifs ~ont élevées ou lorsque la pression Pt est très faible.
Le comportement des écoulements cavitants est ~ortemant in~luencé par la teneur en germes des liquides constituant ces écou-lements. Ces ~ermes sont les points ~aibles de la structure desdits llquides. Ils peuvent etre de nature connue ou inconnue, mais peuvent ~5 tou~ours en pratique être earactérisés par leurs pres3ions critiques.
Celle-ci est la presqion, lnférieure à la tension de vapeur et le plus souvent négative, à laquelle il est nécessaire de soumettre le liquide autour d'un germe pour qu'il donne naissance à une bulle de vapeur.
Dans un certain nombre de situation3 pratique~, par exemple pour essayer une hélice en laboratoire, il est néces~aire de mesurer la teneur des liquides utiliqés en germe~ de diverses pre~sions critiques. Cette teneur en germes est le plus souvent représentée sous la ~orme d'un histogramme donnant une concentration cumulée en ~onction d'une pres~ion oritique décroissante.
La présente invention permet une telle mesure.
La mesure de la teneur en germe-~ d'un liquide e~t actuellement réalisée par deux types de méthodes : Les méthodes dites "non-cavitantes" sont utiliRées dans le ca où la nature des germes est connue Ce ~ont alor~ généralement des micro-bulles. On mesure une grandeur caractériRant leur dimen~ion. Au moyen d'une formule de transposition, on en déduit leur preqRion critique. Parmi ces méthodes, on citera : l'holographie9 la méthode électrique de COULTER
et la méthode par diffusion de la lumière.
Dans les méthodes dites ~cavitante~" on force le liquide à
:~2~5;879 passer à gra~de vitesse dans un Yenturi (tube de Venturi). Un YentUri clas~ique est formé d'un convergent conduisant à un ool ~uivi d'un divergent ; la sectlon de passage du fluide est partout circulaire avec un diamètre minlmal au col.
On crée ainsi, au col de ce tube, une zone ds presQion mlnlmale Pt reglable, éventuellement lnférieure à la tension de vapeur du liquide. Lorsqu'un germe passe dana ledit tube~ il est~ ou non, excité, suivant que sa pressioa critique P9 est supérieure ou in~érieure à Pt.
En ~aisant varier Pt, grâce à une variation du débit d'eau passant dans le venturi, on excite des classes cie germes de pre~slons critiques dir~érentes, et 1'on peut ain~i déterminer 1'hi3togramme caractéristique de la population en germes, par détection et comptage des germes excités et mesure des pressions Pt et des débits d'eau. Ces méthodes cavitantes sont not = ent décrite~ dans les documents suivants :
- O.N.R. Symposium~ Unlversité Ann ~arbor (Michigan) 1981. Communica tion de Y.LECOFFRE et J.P. LECOFF (Nuclei and cavitationn.
- Bulletin de l'A.I~R.H, Amsterdam 1982 "Aspects pratiques du contrôle de germes de cavitation sn moyens d'e~sais" (LECOFFRE, MARCOZ, VALIBOUZE).
Le dispositi~ selon la présente invention utilise une méthode cavitante.
Le3 dispositif~ existant actuellement et utilisant une telle méthode présentent trois défauts ma~eurs :
1 - Il exi te une forte intéraction entre les bulle~ se développant au col du ~enturi, et l'écoulement incident. De ce ~ait, à débit d'eau donné, la pression au col varie en fonction du temps et la précision des mesures est médiocre, en particulier lorsque les concentrations en germes actifs ~ont élevées ou lorsque la pression Pt est très faible.
2 - Les concentrations mesurable-~ sont limitées à quelques germes par cm3, ce qui e3t insuffisant dan certaine~ applications.
3 - La réallsation de ces tubeY de Venturi est délicate et leur ~iabilité pO3e des problèmes graves~ Plu~ précisément l'obtention d'une mesure fiable nécessite que leur état de surface soit excellent, ce qui nécessite de recourir à des méthode3 d'u~inage sophistiquées et - 3 ~ 87~
couteuses telles que certains polissages mécaniques ou électrolytiques.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation de manière a obtenir à faible coût des mesures précises et sures même lorsque la teneur en germes est elevee.
Elle a pour objet un dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation, ce dispositif comprenant un conduit de dépression pour ledit liquide, ce conduit présentant une longueur et un axe selon la direc-tion de l'écoulement et comportant un tronçon amont dans lequel la section de passage du liquide décroit jusqu'à une section minimale pour former une zone à pression sensible-ment minimale de longueur prédéterminée, et un tronçon aval dans lequel la section de passage du liquide croit progres-sivement à partir de cette zone à pression minimale, - des moyens de circulation pour faire circuler dans ce conduit un débit de ce liquide suffisant pour qu'il atteigne . localement, dans ladite zone à pression minimale une pres-sion prédéterminée suffisamment basse pour que les germes de cavitation considérés, qui sont ceux en lesquels la teneur du liquide doit être mesurée, donnent naissance à des bulles de vapeur de volumes individuels suffisants pour qu'elles puissent être détectées individuellement, - des moyens de détection des bulles ainsi créées, - des moyens de comptage des bulles ainsi détectées, pour mesurer leur nombre dans un temps donné, - et des moyens pour connaitre le débit de liquide circu-lant dans ce conduit de manière que ladite teneur à mesurer puisse être déduite de ce nombre de bulles et de ce débit, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit conduit de dépression comprend un noyau déflecteur disposé
selon l'axe de ce conduit et s'étendant au moins sur une partie de la longueur de son tronçon aval de manière que la section de passage du liquide soit constituée par la lon-gueur de ce noyau par un passage annulaire entre ce noyau et ce tube pour qu'une bulle sphérique ne puisse occuper qu'une petite fraction de la section de passage du liquide, ce passage annulaire présentant dans chaque section droite du conduit, des largeurs radiales s'étendant selon les directions partant de l'axe du conduit, et une longueur circonférentielle moyenne qui est celle de la ligne qui réunit les milieux de ses largeurs.
Bien entendu les bulles susceptibles de se former n'auront pas nécessairement une forme exactement sphérique, mais cependant se rapprocheront de cette forme.
La zone à pression minimale présente en pratique une certaine longueur d'une part parce que la pression peut s'y écarter de quelques pour cent à partir du minimum absolu, et d'autre part parce que les pertes de charge par frottement empêchent la pression de remonter tant que la section de passage n'augmenteque légèrement.
Une telle configuration permet de produire un écoulement convergent-divergent présentant les caractères utiles de l'écoulement de type connu dans un venturi, à
savoir la diminution de la pression suivie d'une augmentation de la pression. Mais elle présente notamment l'avantage essentiel que la remontée en pression se fait sans risque de décollement de la couche limite (phénomène qui, lorsqu'il se produit, perturbe totalement le fonctionnement du dispo~
sitif), ceci meme dans le cas d'une fabrication par des techniques traditionnelles d'usinage. Il s'agit bien entendu d'un usinage fin, qui ne nécessite cependant pas de soin particulier.
Par ailleurs, la largeur du passage annulaire peut etre ajustée de sorte que les interactions entre les bulles de cavitation et l'écoulement incident soient très ; 35 faibles. Grace à cette largeur limitée plusieurs bulles 12,~;8~9 peuvent grossir sirnultanément dans l'espace annulaire, ce qui permet de réaliser des taux de comptage élevés.
Selon la présente invention il est de plus apparu avantageux d'adopter, au moins dans certains cas, les dispo-sitions plus particulières suivantes:
- Les sections dudit noyau déflecteur et du con-duit autour de ce noyau sont sensiblement circulaires et concentriques, le rayon de la section du noyau étant au moins égal à 70% du rayon intérieur du conduit qui l'entoure, sur au moins une partie de la longueur de ce noyau, de manière à limiter le diamètre maximal possible d'une bulle sphérique dans ledit tronçon aval.
- Ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'en-toure présentent, sur au moins une partie de la longueur dudit tronçon aval, la forme de deux surfaces sensiblement coniques coaxiales à diamètre croissant vers l'aval, de sorte que ladite croissance de la section de passage vers l'aval résulte au moins partiellement de la croissance de ladite longueur circonférentielle du passage annulaire, et elle en résulte de préférence encore, majoritairement ou totalement, ladite largeur radiale étant alors constante.
- L'inclinaison du conduit constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique du conduit est comprise entre O et 45 degrés dans au moins une partie amont dudit tronçon aval, l'inclinaison dudit noyau déflec-teur constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique de ce noyau étant fonction de l'inclinaison choisie pour le conduit.
~ Ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'entoure présentent des variations d'inclinaison progressives à partir desdites surfaces coniques pour ne pas perturber l'écoulement dudit liquide.
-Lesdits moyens de détection des bulles de vapeur sont des moyens acoustiques pour détecter llimplosion de ces bulles dans ledit intervalle de passage annulaire, ces moyens 12~ g ~ - 6 -étant disposés en aval et à distance de ladite zone a pres-sion minimale.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va plus particulièrement décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut ~tre mise en oeuvre.
Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques.
Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le meme signe de référence.
La figure 1 représente une vue du conduit de dé-pression d'un dispositif selon l'invention, en coupe par un plan passant par l'axe de ce conduit, La figure 2 représente une vue de ce meme conduit en coupe par un plan II-II de la figure 1, ce plan étant perpendiculaire à l'axe de ce conduit La figure 3 représente une vue de ce même conduit à échelle agrandie en demi-coupe par un plan III-III de la figure 1, ce plan étant perpendiculaire à l'axe de ce conduit, La figure 4 représente une vue générale du dis-positif selon l'invention comportant ce même conduit.
Le dispositif de mesure représenté comporte les dispositions précédemment mentionnées selon l'invention.
Dans ce dispositif ledit conduit de dépression 2 est de ré-volution autour de son axe 4 et comporte divers troncons gui sont énumérés ci-après en suivant le sens d'écoulement de l'eau qui constitue ledit liquide, ce sens étant représenté par la flèche ~. Ce sont:
- un troncon d'entrée A dans lequel la section de passage du liquide est circulaire et quasi constante, des entretoises 22 n'ayant qu'un encombrement négligeable.
- un tronçon amont à section décroissante B, - une section minimale pour former une zone C à
pression sensiblement minimale de longueur prédéterminée, - ~ .
~Z~ 379 - 6a -dans laquelle cer-tains germes donnent naissance à des bulles de vapeur. Ces germes sont ceux don-t la pression critique Ps est supérieure ou égale à la pression abaissée Pt créée dans cette zone par l'accélération de l'eau. Ceux de ces germes dont la pression critique est nettement supérieure à
cette pression minimale ~t donnent naissance à de telles bulles dès le tronçon amont B. Ces bulles croissent rapide-ment en volume dans cettte zone.
- un tronçon aval D dans lequel la section de passage croit et la pression remonte. Certaines bulles peuvent continuer à croître en volume dans la partie amont de ce tronçon, mais l'effet de la remontée de pression est de faire imploser brutalement toutes les bulles avant la sortie de ce tronçon. L'implosion de chacune d'elles crée une onde de choc qui se propage dans l'eau et dans la paroi du tube.
- un troncon de sortie E dans lequel la section de passage croit encore en l'absence de bulles et dont le rôle est de faciliter la mise en circulation de l'eau à
l'aval du dispositif.
Ledit noyau déflecteur 18 est maintenu sur l'axe
couteuses telles que certains polissages mécaniques ou électrolytiques.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation de manière a obtenir à faible coût des mesures précises et sures même lorsque la teneur en germes est elevee.
Elle a pour objet un dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation, ce dispositif comprenant un conduit de dépression pour ledit liquide, ce conduit présentant une longueur et un axe selon la direc-tion de l'écoulement et comportant un tronçon amont dans lequel la section de passage du liquide décroit jusqu'à une section minimale pour former une zone à pression sensible-ment minimale de longueur prédéterminée, et un tronçon aval dans lequel la section de passage du liquide croit progres-sivement à partir de cette zone à pression minimale, - des moyens de circulation pour faire circuler dans ce conduit un débit de ce liquide suffisant pour qu'il atteigne . localement, dans ladite zone à pression minimale une pres-sion prédéterminée suffisamment basse pour que les germes de cavitation considérés, qui sont ceux en lesquels la teneur du liquide doit être mesurée, donnent naissance à des bulles de vapeur de volumes individuels suffisants pour qu'elles puissent être détectées individuellement, - des moyens de détection des bulles ainsi créées, - des moyens de comptage des bulles ainsi détectées, pour mesurer leur nombre dans un temps donné, - et des moyens pour connaitre le débit de liquide circu-lant dans ce conduit de manière que ladite teneur à mesurer puisse être déduite de ce nombre de bulles et de ce débit, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit conduit de dépression comprend un noyau déflecteur disposé
selon l'axe de ce conduit et s'étendant au moins sur une partie de la longueur de son tronçon aval de manière que la section de passage du liquide soit constituée par la lon-gueur de ce noyau par un passage annulaire entre ce noyau et ce tube pour qu'une bulle sphérique ne puisse occuper qu'une petite fraction de la section de passage du liquide, ce passage annulaire présentant dans chaque section droite du conduit, des largeurs radiales s'étendant selon les directions partant de l'axe du conduit, et une longueur circonférentielle moyenne qui est celle de la ligne qui réunit les milieux de ses largeurs.
Bien entendu les bulles susceptibles de se former n'auront pas nécessairement une forme exactement sphérique, mais cependant se rapprocheront de cette forme.
La zone à pression minimale présente en pratique une certaine longueur d'une part parce que la pression peut s'y écarter de quelques pour cent à partir du minimum absolu, et d'autre part parce que les pertes de charge par frottement empêchent la pression de remonter tant que la section de passage n'augmenteque légèrement.
Une telle configuration permet de produire un écoulement convergent-divergent présentant les caractères utiles de l'écoulement de type connu dans un venturi, à
savoir la diminution de la pression suivie d'une augmentation de la pression. Mais elle présente notamment l'avantage essentiel que la remontée en pression se fait sans risque de décollement de la couche limite (phénomène qui, lorsqu'il se produit, perturbe totalement le fonctionnement du dispo~
sitif), ceci meme dans le cas d'une fabrication par des techniques traditionnelles d'usinage. Il s'agit bien entendu d'un usinage fin, qui ne nécessite cependant pas de soin particulier.
Par ailleurs, la largeur du passage annulaire peut etre ajustée de sorte que les interactions entre les bulles de cavitation et l'écoulement incident soient très ; 35 faibles. Grace à cette largeur limitée plusieurs bulles 12,~;8~9 peuvent grossir sirnultanément dans l'espace annulaire, ce qui permet de réaliser des taux de comptage élevés.
Selon la présente invention il est de plus apparu avantageux d'adopter, au moins dans certains cas, les dispo-sitions plus particulières suivantes:
- Les sections dudit noyau déflecteur et du con-duit autour de ce noyau sont sensiblement circulaires et concentriques, le rayon de la section du noyau étant au moins égal à 70% du rayon intérieur du conduit qui l'entoure, sur au moins une partie de la longueur de ce noyau, de manière à limiter le diamètre maximal possible d'une bulle sphérique dans ledit tronçon aval.
- Ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'en-toure présentent, sur au moins une partie de la longueur dudit tronçon aval, la forme de deux surfaces sensiblement coniques coaxiales à diamètre croissant vers l'aval, de sorte que ladite croissance de la section de passage vers l'aval résulte au moins partiellement de la croissance de ladite longueur circonférentielle du passage annulaire, et elle en résulte de préférence encore, majoritairement ou totalement, ladite largeur radiale étant alors constante.
- L'inclinaison du conduit constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique du conduit est comprise entre O et 45 degrés dans au moins une partie amont dudit tronçon aval, l'inclinaison dudit noyau déflec-teur constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique de ce noyau étant fonction de l'inclinaison choisie pour le conduit.
~ Ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'entoure présentent des variations d'inclinaison progressives à partir desdites surfaces coniques pour ne pas perturber l'écoulement dudit liquide.
-Lesdits moyens de détection des bulles de vapeur sont des moyens acoustiques pour détecter llimplosion de ces bulles dans ledit intervalle de passage annulaire, ces moyens 12~ g ~ - 6 -étant disposés en aval et à distance de ladite zone a pres-sion minimale.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va plus particulièrement décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut ~tre mise en oeuvre.
Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques.
Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le meme signe de référence.
La figure 1 représente une vue du conduit de dé-pression d'un dispositif selon l'invention, en coupe par un plan passant par l'axe de ce conduit, La figure 2 représente une vue de ce meme conduit en coupe par un plan II-II de la figure 1, ce plan étant perpendiculaire à l'axe de ce conduit La figure 3 représente une vue de ce même conduit à échelle agrandie en demi-coupe par un plan III-III de la figure 1, ce plan étant perpendiculaire à l'axe de ce conduit, La figure 4 représente une vue générale du dis-positif selon l'invention comportant ce même conduit.
Le dispositif de mesure représenté comporte les dispositions précédemment mentionnées selon l'invention.
Dans ce dispositif ledit conduit de dépression 2 est de ré-volution autour de son axe 4 et comporte divers troncons gui sont énumérés ci-après en suivant le sens d'écoulement de l'eau qui constitue ledit liquide, ce sens étant représenté par la flèche ~. Ce sont:
- un troncon d'entrée A dans lequel la section de passage du liquide est circulaire et quasi constante, des entretoises 22 n'ayant qu'un encombrement négligeable.
- un tronçon amont à section décroissante B, - une section minimale pour former une zone C à
pression sensiblement minimale de longueur prédéterminée, - ~ .
~Z~ 379 - 6a -dans laquelle cer-tains germes donnent naissance à des bulles de vapeur. Ces germes sont ceux don-t la pression critique Ps est supérieure ou égale à la pression abaissée Pt créée dans cette zone par l'accélération de l'eau. Ceux de ces germes dont la pression critique est nettement supérieure à
cette pression minimale ~t donnent naissance à de telles bulles dès le tronçon amont B. Ces bulles croissent rapide-ment en volume dans cettte zone.
- un tronçon aval D dans lequel la section de passage croit et la pression remonte. Certaines bulles peuvent continuer à croître en volume dans la partie amont de ce tronçon, mais l'effet de la remontée de pression est de faire imploser brutalement toutes les bulles avant la sortie de ce tronçon. L'implosion de chacune d'elles crée une onde de choc qui se propage dans l'eau et dans la paroi du tube.
- un troncon de sortie E dans lequel la section de passage croit encore en l'absence de bulles et dont le rôle est de faciliter la mise en circulation de l'eau à
l'aval du dispositif.
Ledit noyau déflecteur 18 est maintenu sur l'axe
4 du conduit de dépression 2 par deux groupes de trois entre-toises radiales profilees, les unes 22 dans le tronçon d'en-trée A du conduit, les autres 24 dans 37~
~on tronçon de ~ortie E~ Ce maintlen permet permet d'éviter toute vibration du noyau 18. La présence de ce noyau peut, comme représenté, ~aire que la section de passage minlmale est atteinte en aval du col 26 du venturi qui 3erait rormé par le conduit 2 sans son noyau. Cette section de pagsage est égale a la longueur circonférentielle 2 pi x R
du pas~age annulairc 20 par ~a largeur radiale L, le rayon moyen R et la largeur L de cet intervalle étant représentés sur la rigure 3.
Les ef~et~ bénéfiques de la présence de ce noyau ~emblent tenir notamment aux faits suivants :
- Le noyau assure la déflexion des rllets liquides Yer~ l'extérieur avant l~ zone de pression minimale, ce qui tend à éviter un décollement de ces filets.
- Le fait que le3 filet~ liquides soient parallèles aux parois dans le tron~on aval évite que des bulles q'accrochent à ces paroi~.
- La petite largeur du paYgage annulaire 20 limite la vitesse de croissance des bulles les plus groqses. Tout d'abord ceci diminue la probabilité pour que deux bulles issues de germe~ différent~ ~e réuris3ent en une seule. Ensuite ceci limite 1'énergie des ondes de choc créées plus en aval par l'implosion des plus grosses bulles ce qui d'une part ~acilite la détection des implosion~ des plus petites bulles .
D'autre part cette limitation d'énergie diminue le risque que la propagation ~ers l'amont des ondes de choc créées par l'implo~ion des plus grosses bulles ~asse apparaître des bulles sans germes dans la zone à section minimale.
Conformément à la figure 4 t sur laquelle des flèches 28 et 30 représentent l'entrée et la sortie de l'eau étudiée, le$dits moyens de circulation sont constitué3 par une pompe 8 représentée symboliquement, lesdits moyens de détection ont constitués par un détecteur acoustique 10, lesdits moyens pour connaitre le débit liquide sont constitués par un appareil de mesure de débit 14 as~ocié~
à un afficheur 16, et tous ces moyens ~ont placés en aval du conduit de dépression 2.
Ce dernier est constitué de métal, par exemple de laiton poli. Il serait cependant constitué d'un matériau transparent rigide, tel qu'un ~2~i87~
polyméthacrylate de méthyle dans le ca~ où lesdits moyen~ de détection seraient de nature optique et détecteraient de la lumière diffu3ée par le9 bulles.
D'autres matériaux connu~ seralent utillséQ dans d7autre~ ca~, par exemple dans celui où le liquide dont la teneur en germe doit être mesurée serait un métal liquide.
La détection deq bulles peut ae raire ercore par de~ méthodes électrlques etc...
Dans l'exemple de réali~ation décrit on peut donner les valeurs numériques 3uivantes :
- Débit d'eau 1 1/3 - diamètre du trongon d'entrée A : 20 mm - Longueur du tronçon amont convergent B :15 mm - Diamètre au col apparent 26 du conduit 2 :10 mm - 1/2 angle au 90mmet de ce9 deux cône~ 20 degrès - Largeur moyenne de l'intervalle entre ces deux cônes : 1 mm - Longueur de la section minimale pour former la zone C: 15 mm - Longueur du tronçon aval D : 25 mm Ces diverses valeur~ numériqueQ aboutisqent à donner à la pres~ion minimale Pt une valeur négative de - 5 bars environ dans le cas où la pres~ion dans le tronçon d'entrée A est égale à 5 bars. Une augmentation du débit entraine bien entendu une diminution correspondante de cette preqsion minimale.
~on tronçon de ~ortie E~ Ce maintlen permet permet d'éviter toute vibration du noyau 18. La présence de ce noyau peut, comme représenté, ~aire que la section de passage minlmale est atteinte en aval du col 26 du venturi qui 3erait rormé par le conduit 2 sans son noyau. Cette section de pagsage est égale a la longueur circonférentielle 2 pi x R
du pas~age annulairc 20 par ~a largeur radiale L, le rayon moyen R et la largeur L de cet intervalle étant représentés sur la rigure 3.
Les ef~et~ bénéfiques de la présence de ce noyau ~emblent tenir notamment aux faits suivants :
- Le noyau assure la déflexion des rllets liquides Yer~ l'extérieur avant l~ zone de pression minimale, ce qui tend à éviter un décollement de ces filets.
- Le fait que le3 filet~ liquides soient parallèles aux parois dans le tron~on aval évite que des bulles q'accrochent à ces paroi~.
- La petite largeur du paYgage annulaire 20 limite la vitesse de croissance des bulles les plus groqses. Tout d'abord ceci diminue la probabilité pour que deux bulles issues de germe~ différent~ ~e réuris3ent en une seule. Ensuite ceci limite 1'énergie des ondes de choc créées plus en aval par l'implosion des plus grosses bulles ce qui d'une part ~acilite la détection des implosion~ des plus petites bulles .
D'autre part cette limitation d'énergie diminue le risque que la propagation ~ers l'amont des ondes de choc créées par l'implo~ion des plus grosses bulles ~asse apparaître des bulles sans germes dans la zone à section minimale.
Conformément à la figure 4 t sur laquelle des flèches 28 et 30 représentent l'entrée et la sortie de l'eau étudiée, le$dits moyens de circulation sont constitué3 par une pompe 8 représentée symboliquement, lesdits moyens de détection ont constitués par un détecteur acoustique 10, lesdits moyens pour connaitre le débit liquide sont constitués par un appareil de mesure de débit 14 as~ocié~
à un afficheur 16, et tous ces moyens ~ont placés en aval du conduit de dépression 2.
Ce dernier est constitué de métal, par exemple de laiton poli. Il serait cependant constitué d'un matériau transparent rigide, tel qu'un ~2~i87~
polyméthacrylate de méthyle dans le ca~ où lesdits moyen~ de détection seraient de nature optique et détecteraient de la lumière diffu3ée par le9 bulles.
D'autres matériaux connu~ seralent utillséQ dans d7autre~ ca~, par exemple dans celui où le liquide dont la teneur en germe doit être mesurée serait un métal liquide.
La détection deq bulles peut ae raire ercore par de~ méthodes électrlques etc...
Dans l'exemple de réali~ation décrit on peut donner les valeurs numériques 3uivantes :
- Débit d'eau 1 1/3 - diamètre du trongon d'entrée A : 20 mm - Longueur du tronçon amont convergent B :15 mm - Diamètre au col apparent 26 du conduit 2 :10 mm - 1/2 angle au 90mmet de ce9 deux cône~ 20 degrès - Largeur moyenne de l'intervalle entre ces deux cônes : 1 mm - Longueur de la section minimale pour former la zone C: 15 mm - Longueur du tronçon aval D : 25 mm Ces diverses valeur~ numériqueQ aboutisqent à donner à la pres~ion minimale Pt une valeur négative de - 5 bars environ dans le cas où la pres~ion dans le tronçon d'entrée A est égale à 5 bars. Une augmentation du débit entraine bien entendu une diminution correspondante de cette preqsion minimale.
Claims (7)
1. Dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation, ce dispositif comprenant:
- un conduit de dépression pour ledit liquide, ce conduit présentant une longueur et un axe selon la direction de l'écoulement et comportant un tronçon amont dans lequel la section de passage du liquide décroît jusqu'à une sec-tion minimale pour former une zone à pression sensiblement minimale de longueur prédéterminée, et un tronçon aval dans lequel la section de passage du liquide croît progressive-ment à partir de cette zone à pression minimale, - des moyens de circulation pour faire circuler dans ce conduit un débit de ce liquide suffisant pour qu'il atteigne localement, dans ladite zone à pression minimale une pression prédéterminée suffisamment basse pour que les germes de cavitation considérés, qui sont ceux en lesquels la teneur du liquide doit être mesurée, donnent naissance à
des bulles de vapeur de volumes individuels suffisants pour qu'elles puissent être détectées individuellement, - des moyens de détection des bulles ainsi créées, - des moyens de comptage des bulles ainsi détectées, pour mesurer leur nombre dans un temps donné, - et des moyens pour connaître le débit de liquide circulant dans ce conduit de manière que ladite teneur à
mesurer puisse être déduit de ce nombre de bulles et de ce débit, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit conduit de dépression comprend un noyau déflecteur dis-posé selon l'axe de ce conduit et s'étendant au moins sur une partie de la longueur de son tronçon aval de manière que la section de passage du liquide soit constituée sur la lon-gueur de ce noyau par un passage annulaire entre ce noyau et ce tube pour qu'une bulle sphérique ne puisse occuper qu'une petite fraction de la section de passage du liquide, ce passage annulaire présentant dans chaque section droite du conduit, des largeurs radiales s'étendant selon les directions partant de l'axe du conduit, et une longueur circonférentielle moyenne qui est celle de la ligne qui rénuit les milieux de ses largeurs.
- un conduit de dépression pour ledit liquide, ce conduit présentant une longueur et un axe selon la direction de l'écoulement et comportant un tronçon amont dans lequel la section de passage du liquide décroît jusqu'à une sec-tion minimale pour former une zone à pression sensiblement minimale de longueur prédéterminée, et un tronçon aval dans lequel la section de passage du liquide croît progressive-ment à partir de cette zone à pression minimale, - des moyens de circulation pour faire circuler dans ce conduit un débit de ce liquide suffisant pour qu'il atteigne localement, dans ladite zone à pression minimale une pression prédéterminée suffisamment basse pour que les germes de cavitation considérés, qui sont ceux en lesquels la teneur du liquide doit être mesurée, donnent naissance à
des bulles de vapeur de volumes individuels suffisants pour qu'elles puissent être détectées individuellement, - des moyens de détection des bulles ainsi créées, - des moyens de comptage des bulles ainsi détectées, pour mesurer leur nombre dans un temps donné, - et des moyens pour connaître le débit de liquide circulant dans ce conduit de manière que ladite teneur à
mesurer puisse être déduit de ce nombre de bulles et de ce débit, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit conduit de dépression comprend un noyau déflecteur dis-posé selon l'axe de ce conduit et s'étendant au moins sur une partie de la longueur de son tronçon aval de manière que la section de passage du liquide soit constituée sur la lon-gueur de ce noyau par un passage annulaire entre ce noyau et ce tube pour qu'une bulle sphérique ne puisse occuper qu'une petite fraction de la section de passage du liquide, ce passage annulaire présentant dans chaque section droite du conduit, des largeurs radiales s'étendant selon les directions partant de l'axe du conduit, et une longueur circonférentielle moyenne qui est celle de la ligne qui rénuit les milieux de ses largeurs.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que les sections dudit noyau déflecteur et du conduit autour de ce noyau sont sensiblement circulaires et concentriques, le rayon de la section du noyau étant au moins égal à 70% du rayon intérieur du conduit qui l'entoure, sur au moins une partie de la longueur de ce noyau, de manière à limiter le diamètre maximal possible d'une bulle sphérique dans ledit tronçon aval.
par le fait que les sections dudit noyau déflecteur et du conduit autour de ce noyau sont sensiblement circulaires et concentriques, le rayon de la section du noyau étant au moins égal à 70% du rayon intérieur du conduit qui l'entoure, sur au moins une partie de la longueur de ce noyau, de manière à limiter le diamètre maximal possible d'une bulle sphérique dans ledit tronçon aval.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'entoure présentent, sur au moins une partie de la longueur dudit tronçon aval, la forme de deux surfaces sensiblement coniques coaxiales à diamètre croissant vers l'aval, de sorte que ladite croissance de la section de passage vers l'aval résulte au moins partiellement de la croissance de ladite longueur circonférentielle du passage annulaire.
par le fait que ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'entoure présentent, sur au moins une partie de la longueur dudit tronçon aval, la forme de deux surfaces sensiblement coniques coaxiales à diamètre croissant vers l'aval, de sorte que ladite croissance de la section de passage vers l'aval résulte au moins partiellement de la croissance de ladite longueur circonférentielle du passage annulaire.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé
par le fait que ladite croissance de la section de passage résulte au moins majoritairement de la croissance de ladite longueur circonférentielle.
par le fait que ladite croissance de la section de passage résulte au moins majoritairement de la croissance de ladite longueur circonférentielle.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé
par le fait que l'inclinaison du conduit constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique du conduit est comprise entre 0 et 45° degrés dans un moins une partie amont dudit tronçon aval.
par le fait que l'inclinaison du conduit constituée par le demi angle au sommet de ladite surface conique du conduit est comprise entre 0 et 45° degrés dans un moins une partie amont dudit tronçon aval.
6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit noyau déflecteur et le conduit qui l'entoure présentent des variations d'inclinaison progressives à partir desdites surfaces coniques pour ne pas perturber l'écoulement dudit liquide.
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de détection des bulles de vapeur sont des moyens acoustiques pour détecter l'implosion de ces bulles dans ledit intervalle de passage annulaire, ces moyens étant disposés en aval et à distance de ladite zone à pression minimale.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR8418820 | 1984-12-10 | ||
| FR8418820A FR2574548B1 (fr) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | Dispoitif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1245879A true CA1245879A (fr) | 1988-12-06 |
Family
ID=9310412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000497143A Expired CA1245879A (fr) | 1984-12-10 | 1985-12-09 | Dispositif de mesure de la teneur d'un liquide en germes de cavitation |
Country Status (6)
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| JP (1) | JPS61140836A (fr) |
| CA (1) | CA1245879A (fr) |
| DE (1) | DE3543068A1 (fr) |
| FR (1) | FR2574548B1 (fr) |
| GB (1) | GB2168813B (fr) |
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| DE69937747T2 (de) * | 1998-10-28 | 2008-12-04 | Covaris, Inc., Woburn | Vorrichtung und verfahren zur kontrolle einer akustischen behandlung |
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| US7687039B2 (en) * | 1998-10-28 | 2010-03-30 | Covaris, Inc. | Methods and systems for modulating acoustic energy delivery |
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| US8459121B2 (en) | 2010-10-28 | 2013-06-11 | Covaris, Inc. | Method and system for acoustically treating material |
| US8709359B2 (en) | 2011-01-05 | 2014-04-29 | Covaris, Inc. | Sample holder and method for treating sample material |
| CN109433035B (zh) * | 2018-10-26 | 2021-06-18 | 四川大学 | 一种多文丘里结构的文丘里式气泡发生装置 |
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| US4058004A (en) * | 1976-04-16 | 1977-11-15 | Hammitt Frederick G | Apparatus for measuring erosion produced by cavitation |
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-
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- 1985-12-06 JP JP60274889A patent/JPS61140836A/ja active Granted
- 1985-12-09 CA CA000497143A patent/CA1245879A/fr not_active Expired
- 1985-12-09 GB GB08530256A patent/GB2168813B/en not_active Expired
- 1985-12-10 US US06/807,081 patent/US4644808A/en not_active Expired - Fee Related
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| GB2168813B (en) | 1988-07-13 |
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