REVUE INTERNATIONALE D'HELIOTECHNIQUE ENERGIE - ENVIRONNEMENT - N° 34 (2006) p.20-21

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Mesure d’un transfert de masse par photographie de speckle : cas de la plaque plane verticale

 D. Pilon, P. Gervais, S. Giroux-Julien

Centre de Thermique de Lyon (CETHIL) UMR CNRS 5008, Lyon, France

 Résumé

L’étude porte sur l’application de la technique de la photographie de speckle[1] à la mesure du champ de concentration en sel lors de la dissolution libre et naturelle dans l’eau pure d’une paroi d’un monocristal de chlorure de sodium. Le principe de cette technique de mesure non intrusive est fondé sur la déflexion d’un rayon lumineux traversant un objet de phase dont l’indice de réfraction n’est pas homogène. Cette inhomogénéité de l’indice de réfraction de la solution saline est fonction du champ de concentration. A partir de la mesure de la déviation, il est possible d’accéder au champ de gradient de concentration et au champ de concentration lui-même. Il s’agit d’adapter cette méthode, déjà connue dans le cas de transferts de chaleur, à l’exploration de transfert de masse.

L’adaptation de cette méthode passe par plusieurs étapes. Tout d’abord, l’indice de réfraction qui est fonction de la concentration saline des solutions, est mesuré expérimentalement par un dispositif optique. Il est évalué pour la longueur d’onde du laser mis en œuvre pour la photographie de speckle, à savoir 0,6328 µm. La gamme de mesures couverte s’étend dans cette campagne jusqu’à saturation de la solution. Ensuite, il est nécessaire de déterminer les différents éléments optiques du speckle afin que le champ du capteur optique couvre au mieux la zone de mesure. Pour cela, il faut connaître l’ordre de grandeur des angles de déflexion subis par les rayons lumineux. Les trajectoires de ces rayons sont calculées numériquement dans toute la zone de dissolution en s’appuyant sur des principes de l’optique géométrique. Ainsi les angles sont exprimés en fonction du gradient d’indice de réfraction, qui dépend lui-même de la concentration en sel de la solution. A cette étape, le champ de concentration considéré pour le calcul des angles est déduit des travaux d’Ostrach [1]. Les angles ainsi obtenus sont confrontés aux résultats expérimentaux.

Cette technique de la photographie de speckle est mise en œuvre dans le cadre d’une réduction d’échelle dédiée à l’étude, en convection naturelle, des écoulements d’air de grande hauteur, rencontrés par exemple dans les bâtiments. Cette réduction d’échelle repose sur l’analogie qu’il existe entre le transfert de chaleur et le transfert de masse, qui est validée dans le cas de la plaque plane verticale.

 [1] Simon OSTRACH. An analysis of free-convection flow and heat transfer about a flat plate parallel to the direction of the generating body force. Technical Note 2635, National Advisory Committee for Aeronautics, February 1952. 48p.