Développement d'un système optronique infrarouge pour la mesure de température de gouttes en mouvement rapide et en combustion

Other literature type French OPEN
Naudin, Nicolas (1995)
  • Subject: Infrarouge | Système optronique | Détecteurs infrarouges | Détection synchrone | Thermométrie | Combustion | 621 | Infrared | Optoelectronic system | Infrared detectors | Thermometry | Lock-in process

Cette étude s'inscrit dans un thème de recherche sur les écoulements internes dans les chambres de combustion afin d'améliorer le rendement et la propreté de moteurs aéronautiques ou automobiles. A cet effet, il est important de valider expérimentalement des modèles théoriques décrivant .le processus d'évaporation du carburant liquide injecté sous forme d'un brouillard de gouttelettes. L'objectif des travaux présentés est de concevoir un système opto-électronique infrarouge appliqué à la mesure de température de gouttes de carburant. La prise en compte des différents aspects d'une chaîne radiométrique infrarouge : transferts par rayonnement, optique, électronique et traitement, a permis la conception et la réalisation d'un système de mesure de température autour d'un détecteur monoélément travaillant dans la bande 8-12 microns. Le système permet la mesure de la température de surface de gouttes de 200 microns dans un jet monodisperse. Les mesures IR ont pu être confrontées aux modèles théoriques et comparées à une autre technique expérimentale basée sur la réfractométrie. Une étude prospective du suivi et de la mesure simultanée de température de gouttes sur leur trajectoire est effectuée. Les caractéristiques optimales d'un détecteur IR matriciel adapté à cette application sont analysées. La faisabilité d'une extension de la thermométrie IR à la mesure de température de gouttes en combustion a été démontrée. Des résultats préliminaires sur la mesure de température de gouttes en combustion à l'intérieur d'une flamme sont présentés. This study falls within the field of research into internal flows in combustion chambers, with the purpose of improving the efficiency and reducing the pollution of aircraft and automotive engines. For this, it is important to validate experimentally the theoretical models describing the vaporization process of fuel injected as a spray of droplets. The aim of this study is the development of an opto-electronic infrared system dedicated to the temperature measurement of vaporizing fuel droplets. Modelling of the various aspects of an IR radiometer : infrared radiation detection, optics, electronics and signal processing, has led to the design of a system using a LWIR (8-12 microns) single detector. The system measures the surface temperature of droplets of 200 microns in diameter in a monodispersed droplet chain. Infrared mesurements have been compared to the theoretical models and to an experimental rainbow refractometer technique. A prospective study has been conducted in order to track and measure simultaneously the temperature of moving droplets along their trajectory. The specifications of an IR focal plane array fulfilling the requirements of this application have been discussed. Concerning the combustion process, the feasibility of the IR thermometry of burning droplets is demonstrated. Preliminary results concerning the IR temperature measurement of droplets burning in a flame are presented.
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