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Conception, fabrication et validation d'un capteur de direction instantanée d'écoulement

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École de technologie supérieure

Abstract

Un capteur de direction instantanée d’écoulement a été conçu et fabriqué au laboratoire de Thermo-Fluide pour le Transport (TFT) de l’ÉTS pour l’étude du décollement d’une couche limite turbulente. Son architecture globale, basée sur celle du Thermal Tuft introduit par Eaton et al. (1979), est constituée de trois fils parallèles montés proche de la paroi, perpendiculairement à l’écoulement. Le fil central et chauffé par un courant électrique alors que les deux fils latéraux agissent comme des thermomètres. Le sillage chaud généré par le fil central augmente la résistance du fil qui est situé en aval. Ainsi la direction instantanée de l’écoulement peut être déterminée en comparant la résistance des deux fils latéraux. Pour ce faire, ces derniers sont montés dans un pont de Wheatstone et un circuit conditionneur permet de transposer la tension de déséquilibre du pont en un signal interprétable par une carte d’acquisition numérique (1 si l’écoulement va dans le sens principal, 0 sinon). Il est alors très facile de calculer la fraction de temps pendant laquelle l’écoulement est dirigée dans le sens aval (γ) ainsi que la fréquence d’intermittence (fc). Le principe de fonctionnement du capteur a été validé dans un résonateur acoustique où un écoulement oscillant a été généré à une fréquence proche de 200Hz. Son comportement s’est montré en bonne adéquation avec le signal de la vitesse acoustique de référence. Ensuite, la validité du circuit conditionneur a été démontrée en simulant un écoulement à l’aide d’un pot vibrant fonctionnant à 20Hz. Un retard de courte durée a été mis en évidence entre le changement de signe de la tension aux bornes du pont de Wheatstone et la commutation effective de la tension de sortie du circuit. Néanmoins, ce retard n’a pas affecté la valeur de γ. Enfin, le capteur a été utilisé dans la soufflerie à décollement de couche limite du TFT où une bulle de séparation est engendrée par d’un gradient de pression. Les distributions de γ et fc ont été obtenues au sein de la bulle et sont cohérentes avec une visualisation par film l’huile effectuée conjointement.

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