FR2716387A1 - Dispositif et procédé pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux et application pour la fabrication de matériaux fibreux. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux, du type comportant une enceinte (1) présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique, au moins un orifice d'injection du produit à pulvériser et au moins un orifice de sortie pour l'éjection d'un mélange gazeux constitué par une suspension de particules des produits à pulvériser. Le dispositif comporte des moyens de mesure de l'entalpie entrante, des moyens de mesure de l'entalpie sortante et un calculateur pour la régulation thermodynamique, en régime permanent, du processus d'échange à l'intérieur de l'enceinte (1). Elle concerne également l'application d'un tel dispositif pour l'ensemencement de soufflerie et pour l'ensemencement surfacique ou volumique d'un matériaux poreux, et le procédé et l'installation pour l'ensemencement d'un matériaux poreux.
Description
La présente invention concerne un dispositif
pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux. Un tel dispositif est destiné à la production de fumées pour l'analyse et la visualisation du comportement aérodynamique de maquettes en soufflerie, pour des effets de spectacle, ou encore pour toute application industrielle nécessitant la projection de particules calibrées, par exemple pour le traitement de surface de matériaux. Parmi les applications industrielles de tels dispositifs, on peut citer l'enduction surfacique ou volumique de matériaux en vue de traitements physico- chimiques ou mécaniques.
Un connaît dans l'état de la technique différentes installations de fulmination artificielle mettant en oeuvre notamment des produits huileux.
Des générateurs de fumées sont connus dans l'état de la technique et comportent habituellement une enceinte présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique, au moins un orifice d'injection du produit à pulvériser et au moins un orifice de sortie pour l'éjection d'un mélange gazeux constitué par une suspension de particules du produit à pulvériser.
L'une des difficultés est de contrôler la densité et l'opacité de la fumée.
Un dispositif générateur de fumées est décrit dans la demande de brevet américain 765.214 ayant donné lieu au document "United States Statutory Invention Registration" H1124 divulgue un générateur de fumée présentant un tube venturi débouchant dans une enceinte à basse pression en amont de la zone de combustion. Un gaz sous pression provient d'un réservoir pressurisé raccordé par un tuyau à des fulmigateurs pourvu d'un diffuseur. Une centrale de gestion électronique a pour effet d'augmenter la sécurité et la fiabilité de l'exploitation du fumigène.
Un tel dispositif de l'état de la technique est sensible aux variations de pression d'alimentation en gaz vecteur ou en huile minérale, et aux fluctuations de la température d'alimentation ou d'éjection des fumées.
Un autre document de l'art antérieur, le brevet français FR2428471, divulgue un nébuliseur dont le réacteur est constitué par une enveloppe en deux pièces présentant un tronçon inférieur sur lequel se dresse une buse dirigée vers le haut et un tronçon de paroi dirigé vers le haut, solidaire du tronçon inférieur et qui entoure la buse. Un organe tubulaire entoure la buse. Comme pour les dispositifs précédents, la qualité du flux éjecté n'est pas maitrisée et ne permet donc pas de garantir la permanence de la taille et du débit des particules, ni d'optimiser le débit de la production de fumées.
Le but de la présente invention est de proposer un générateur de particules de dimensions réglables et calibrés, permettant de fournir un débit important et constant. A cet effet l'enceinte de réaction est constituée par un corps creux muni de moyens de chauffage et présentant à l'une de ses extrémités au moins une buse d'injection du produit à pulvériser et au moins une base d'injection du gaz vecteur, ladite buse étant orientée de manière à ce que la projection de son axe médian sur un plan transversal soit sensiblement tangent avec un cercle coaxial avec la buse d'injection du produit à pulvériser, l'axe médian de la buse formant avec ledit plan transversal un angle inférieur à 60 degrés, l'enceinte présentant à son extrémité opposée aux buses d'injection une partie conique terminée par un orifice d'éjection central.
De préférence, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de mesure de l'entalpie entrante, des moyens de mesure de l'entalpie sortante et un calculateur pour la régulation thermodynamique, en régime permanent, du processus d'échange à l'intérieur de l'enceinte.
Ce mode de réalisation permet de garantir les caractéristiques du flux de sortie, et de les rendre indépendantes des variations de température et de pression des constituants injectés dans l'enceinte de réaction.
Selon une variante avantageuse, le calculateur commande au moins l'un des moyens parmi une vanne contrôlant le débit de gaz vecteur à l'entrée de l'enceinte, une vanne contrôlant le débit du produit à pulvériser à l'entrée de l'enceinte, un moyen de chauffage du gaz vecteur ou du produit à pulvériser, une vanne contrôlant le débit de sortie, ou un moyen d'apport thermique à l'enceinte, pour maintenir constante la différence entre l'entalpie cumulée du gaz vecteur injecté dans l'enceinte et du produit à pulvériser dans l'enceinte d'une part, et l'entalpie du mélange de sortie d'autre part.
Avantageusement, le dispositif comporte un premier capteur de débit pour mesurer le débit de gaz vecteur introduit dans l'enceinte, un second capteur de débit pour la mesure du débit du produit à pulvériser introduit dans l'enceinte, le dispositif comportant en outre un calculateur pour l'asservissement d'une première vanne disposée à la sortie du réservoir de gaz vecteur, d'une deuxième vanne disposée à la sortie du réservoir de produit à pulvériser et d'une troisième vanne disposée à la sortie de l'enceinte, en fonction d'une loi d'asservissement déterminée pour la production d'un flux spécifique.
De préférence, le dispositif comporte un réservoir de gaz vecteur relié à l'enceinte par l'intermédiaire d'un détendeur asservi par le calculateur et d'un échangeur thermique contrôlé par ledit calculateur, un réservoir de fluide à pulvériser alimentant l'enceinte par l'intermédiaire d'une pompe haute-pression et d'un échangeur de chaleur asservis par le calculateur, des moyens de réchauffage de l'enceinte asservis par le calculateur et une vanne de sortie commandée par le calculateur.
L'invention concerne également un procédé de dépose de particules de produits dans une masse poreuse, notamment un procédé de dépose de produits polymérisables dans un matériau fibreux.
Les procédés selon l'état de la technique ne consiste à déposer un excès de produits dans le matériau afin de garantir une bonne impression dans l'épaisseur du matériau, et à procéder ensuite au lavage du matériau avant passage dans l'enceinte de polymérisation. Ce procédé entraîne des rejets polluants importants tant dans l'eau de lavage que dans l'atmosphère.
A titre d'exemple, le brevet français FR2682403 décrit un matériau isolant à base de laine de verre, obtenu par broyage d'un feutre comportant un liant formo-phénolique polymérisé en étuve, selon un taux compris entre 1 et 4,5 % de la masse totale du matériau, dont les fibres de verre ont un micronaire compris entre 2,2 et 3,1 sous 5 g et de préférence de l'ordre de 2,5 sous 5 g, le poids moyen de ce matériau isolant déposé par mètre carré étant inférieur à 1800 grammes.
Le brevet français FR2640546 divulgue un procédé de traitement de produits en laine minérale selon lequel la laine minérale est recueillie pour former un matelas sur une bande convoyeuse, conduite à une enceinte de conformation et de polymérisation du liant comportant deux convoyeurs complémentaires de calibrage et de transport constitués par une pluralité d'éléments articulés perforés du type palettes. Selon l'invention les vitesses des deux convoyeurs sont différentes, la différence de vitesse correspondant sur toute la longueur de l'enceinte à un décalage d'une longueur équivalente à au moins la largeur d'une palette de sorte qu'une des faces du matelas est lissée pendant la conformation du produit en laine minérale.
Un autre document de l'art antérieur, le brevet européen EP263029 concerne un matériau d'isolation constitué de fibres notamment de verre ou de roche revêtues d'un polymère à base d'alcool polyvinylique modifié, aptes à servir de matériau de base pour réaliser un revêtement sur un support par projection simultanée desdites fibres ainsi revêtues mélangées avec un agent de réticulation et d'eau.
Ce document propose également un procédé de préparation desdites fibres pour les rendre aptes à être projetées ainsi.
L'un des buts de l'invention est la réduction des déperditions de produits liants des fibres pour limiter les pollutions atmosphériques ou fluviales, et diminuer le coût de production. Ce résultat est obtenu par la mise en oeuvre de l'installation selon l'invention pour la nucléisation des produits liants, qui permet d'obtenir une qualité constante des particules et un diamètre moyen inférieur à celui des particules obtenues par les procédés selon l'état de la technique. Le procédé permet de ce fait un meilleur ensemencement du produit liant avant polymérisation en raison de l'augmentation du parcours moyen qui permet d'améliorer le profondeur de la pénétration des particules, et surtout de réduire l'incidence de la profondeur sur la densité de particules déposées. Ainsi, il n'est plus nécessaire de procéder à un ensemencement excédentaire pour assurer une densité minimale dans les zones les plus profondes du matériau.
L'invention concerne également l'application d'un tel dispositif pour la production d'un flux laminaire de particules calibrées pour la visualisation d'écoulement dans une chambre aéraulique ou dans une soufflerie.
Un tel dispositif permet de contrôler les caractéristiques des particules et donc de procéder à l'ensemencement de particules calibrées de petites dimensions sous faible pression.
Elle concerne également l'application d'un tel dispositif pour la production d'un flux supersonique de particules calibrées présentant un nombre de Reynolds élevé pour la visualisation d'écoulement dans une chambre aéraulique ou dans une soufflerie.
Un tel dispositif permet en effet d'ensemencer des souffleries cryogéniques dans lesquelles règne une pression supérieure à la pression atmosphérique et une température basse, pour le fonctionnement en similitude de Reynolds.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé pour l'ensemencement volumique ou surfacique d'un matériau poreux, notamment d'une nappe fibreuse avec un produit liant polymérisable de granulométrie contrôlée consistant à provoquer la pulvérisation dudit produit liant dans une enceinte présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique et en ce que l'on dirige le jet de particules en suspension délivré par un orifice d'injection du produit nucléé sur la nappe de matériau poreux.
De préférence, on provoque la pulvérisation dudit produit liant dans une enceinte présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique, en ce que l'on détermine l'entalpie entrante du gaz vecteur d'une part et du produit liant introduit dans l'enceinte d'autre part, l'entalpie sortante du produit nucléé et en ce que l'on procède, en régime permanent, à la régulation thermodynamique du processus d'échange à l'intérieur de l'enceinte.
L'invention concerne également une installation pour l'ensemencement volumique ou surfacique d'un matériau poreux, notamment d'une nappe fibreuse avec un produit liant polymérisable de granulométrie contrôlée comportant un réservoir de produit liant alimentant par l'intermédiaire d'une pompe et d'un échangeur thermique au moins une buse d'injection dans une enceinte, l'installation comportant en outre un réservoir de gaz vecteur chimiquement neutre par rapport au produit liant, le réservoir de gaz étant relié alimentant l'enceinte par l'intermédiaire d'un détendeur asservi par le calculateur et d'un échangeur thermique, l'enceinte comportant des moyens de réchauffage de l'enceinte asservis par le calculateur et une vanne de sortie commandée par le calculateur, l'installation comportant en outre des moyens pour la projection des particules nucléés sur le matériau fibreux L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés o : - la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif selon un exemple non limitatif de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe de l'enceinte de réaction selon l'invention.
La figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon un exemple non limitatif de réalisation de l'invention.
Il comporte une enceinte de réaction (1) sur laquelle se raccordent: - des conduits (2) d'injection du gaz vecteur - et un conduit (3) d'injection du produit à pulvériser - un conduit (4) d'éjection.
L'enceinte de réaction (1) présente à l'extrémité opposée aux conduits d'injection (2, 3) un orifice débouchant dans un conduit (4) d'éjection du produit en suspension dans un flux gazeux. Un ensemble de capteurs (13) mesure la température et la pression du mélange à la sortie de l'enceinte et délivre des signaux fonctions de la température et de la pression du mélange à la sortie de l'enceinte. Un capteur de température mesure la température interne de l'enceinte (1).
Le gaz vecteur, par exemple un gaz neutre tel que de l'azote ou de l'air, est stocké dans un réservoir (5). Le gaz vecteur est choisi parmi des gaz chimiquement inertes par rapport au produit à injecter. Une vanne asservie (6) permet de contrôler le débit du gaz vecteur alimentant l'enceinte de réaction (1). Avant de pénétrer dans l'enceinte (1), le gaz vecteur traverse un échangeur de chaleur (7) et un ensemble de capteurs (8) délivrant des signaux fonctions de la température, du débit et de la pression du gaz vecteur à l'entrée de l'enceinte.
Le produit à pulvériser, par exemple de l'huile commercialisée par la société SHELL DELTALAB sous le nom commercial d'ONDINA, est stocké dans un réservoir (9). Une pompe de circulation haute-pression (10) assure le pompage du produit et l'alimentation de l'enceinte. Le produit traverse un échangeur de chaleur (11) pour la fluidisation et le réchauffage du produit avant passage dans un ensemble de capteurs (12) délivrant des signaux fonctions de la température, du débit et de la pression du produit à l'entrée de l'enceinte (1). Ce réchauffage permet par ailleurs d'agir sur la viscosité du produit avant injection.
L'enceinte (1) comporte également un capteur de température mesurant la température interne, et des bagues chauffantes (14, 15) entourant le corps de l'enceinte.
Les signaux provenant des capteurs de température, de débit et de pression (8, 12, 13) sont traités par un calculateur (16) pour la détermination de l'entalpie du gaz vecteur injecté dans l'enceinte (1) d'une part, l'entalpie du produit à pulvériser à l'entrée de l'enceinte d'autre part, ainsi que l'entalpie du mélange à la sortie de l'enceinte (1).
Le calculateur commande en fonction de ces variables différents moyens afin de minimiser les variations de la différence d'entalpie entre les fluides entrant et le fluide sortant.
Le calculateur commande notamment le débit du gaz vecteur par une vanne asservie (6), et le débit du produit entrant par la pompe (10). Il commande également des circuits de puissance régulant respectivement le fonctionnement de l'échangeur de chaleur (7) contrôlant la température du gaz vecteur et le fonctionnement de l'échangeur de chaleur (11) contrôlant la température du produit à pulvériser.
Le calculateur (16) asservi également un circuit de puissance (17) contrôlant la température des bagues chauffantes (14, 15).
Le calculateur commande également un circuit de pilotage (18) contrôlant le fonctionnement de la vanne de sortie (13).
La loi d'asservissement peut être déterminée de manière expérimentale, en observant l'incidence de la variation des paramètres suivant sur la qualité du mélange généré par le dispositif: QA Débit de gaz vecteur entrant dans l'enceinte TA Température du gaz vecteur à la sortie du préchauffage PA Pression d'injection du gaz vecteur à l'entrée de l'enceinte (1) QH Débit du produit à pulvériser TH Température du produit à pulvériser à la sortie du préchauffage PH Pression d'injection du produit dans l'enceinte TR Température dans la cuve PR Pression dans la cuve QS Débit de sortie.
La température de l'enceinte sera maintenue aussi constante que possible, car il s'agit d'un paramètre essentiel de la bonne nucléation du produit à pulvériser.
Cela implique une régulation à faible constante de temps de la puissance électrique fournit aux bagues de chauffage, l'injection du gaz vecteur et du produit à pulvériser agissant comme des puits d'énergie.
Le calculateur agit sur les paramètres suivants: - Température de préchauffage du gaz réglée en consigne - Température de préchauffage du produit à injecter réglée en consigne - Température de l'enceinte, en temps réel - Débit du gaz vecteur entrant - Débit du produit entrant Débit du mélange sortant.
La figure 2 représente une vue schématique de l'enceinte (1). Elle présente une extrémité d'entrée (20) de forme hémisphérique et une extrémité de sortie (21) conique.
Elle comporte une buse (22) d'injection du produit à pulvériser disposée sur l'axe médian et orientée axialement.
Elle comporte en outre trois buses (23) pour l'injection du gaz vecteur. Ces buses (23) sont disposées de manière à créer un flux tourbillonnant formant un cyclone entraînant le produit à pulvériser vers l'orifice d'éjection (24). A cet effet, les buses (23) sont angulairement réparties sur une zone circulaire, la projection de l'axe des buses (23) constituant sur un plan transversal perpendiculaire à l'axe (25) de l'enceinte une tangente audit cercle, et les buses (23) formant avec ce plan un angle d'environ 30 degrés.
La description qui suit concerne l'application
du dispositif pour la production de laine de verre. Elle est destinée à la pulvérisant de 60 litres par heures de liant sous forme de particules d'un diamètre moyen de 0,1 microns, soit trois fois inférieur au diamètre moyen des particules obtenues dans les installations selon l'état de la technique.
L'installation comporte un réservoir d'un liant, par exemple d'une solution d'un composé phénolique dans de l'eau, dans une proportion de 20% / 80%.
Le réservoir de gaz vecteur contient de l'air à une pression comprise entre 2 et 10 bars.
Le rendement de cette installation est environ trois fois supérieure aux installations de l'art antérieur, en raison de l'augmentation du degré de pénétration des particules dans la masse fibreuse. La densité de particules est pratiquement constante en fonction de la profondeur, ce qui permet d'éviter la projection de liant excédentaire et d'éliminer ensuite les surplus dans les couches les moins profondes avant la polymérisation.
Les caractéristiques de l'enceinte du générateur de particules peuvent être déterminées par une méthode mathématique exposée ci-après, en références aux figures 3 et 4, et concernant l'application particulière à l'ensemencement d'un matériau poreux avec un produit liant.
On déterminera dans ce qui suit l'étude des transferts de masse sans tenir compte de l'apport de chaleur par les bagues chauffantes (15, 16).
Le but de ce premier calcul est de modéliser la variation d'énergie cinétique d'un gaz à l'intérieur du générateur. La forme interne du générateur est celle d'une tuyère d'axe horizontal de révolution autour d'un axe x'x.
L'aire de la section droite du générateur S(x) est variable le long de x'x. L'écoulement est supposé sans frottement aux niveau des parois. Toutes les particules du gaz situées dans la tranche d'épaisseur dx, d'abscisse x, ont même vitesse W(x) de même sens que x'x.
U(x), H(x), P(x), T(x), u(x)représentent respectivement l'énergie interne, l'enthalpie, la pression, la température absolue et le volume massique. U(x),H(x)sont relatifs à une mole de gaz de masse molaire M. U0, Ho0, P0oe To, u0, sont les variables d'état du gaz à l'entrée du générateur (abscisse x=O) de surface S0.U.,H1, P, Tl, Ulsont relatifs à la sortie du générateur d'abscisseX, et d'aire S1.
P1 est la pression du milieu ambiant à la sortie du générateur. On considère donc, dans un premier temps, que la veine fluide à la sortie du générateur a même pression que le milieu ambiant équilibre mécanique quasi immédiat).
En régime permanent lorsqu'une masse donnée de gaz, par exemple une mole, entre dans le générateur avec la vitesse W(0). Pendant l'intervalle de temps correspondant dt, pour faire entrer le gaz sous la pression constante P0 les forces pressantes extérieures fournissent le travail: PoSowodt = PoVo A la sortie du générateur le gaz fournit au milieu extérieur le travail: P(,S(,w(,d= P(,)V(,) (en valeur absolue) En tenant compte de l'énergie cinétique macroscopique, le premier principe s'écrit: Ul Ec(x) - [Ufo) + E;c(o)] = W+ Q avec W=PoVo-P(.)V(X), les échanges de travail se faisant uniquement à l'entrée et à la sortie.
D'o : U(x)+P(X)V(l)+2MW (" -[Uo + PoV+2 M (M)]=Q 2 2 M 2 Soit H()+ M W2( [Ho+ M 2(xQ (1) o Q(,)représente la quantité de chaleur reçue par une mole entre les abscisses 0 et x, sans tenir compte de la quantité de chaleur Q(x) fournie par les bagues chauffantes (15, 16) .
On considère que l'écoulement est assez rapide pour qu'aucun échange de chaleur n'ait lieu (coefficient d'échange du matériau constituant de la paroi et résistance thermique de l'isolant) : Q(X)=0. La transformation subie par chaque mole de gaz est alors supposée adiabatique et réversible, donc H+Mwdw=O (2) pour une évolution infinitésimale réversible: dH=ÈQ+ VdPSi elle est adiabatique dH=VdPce qui donne dans (2) :
V
wdw = -- dP= -udP (3)
M
En intégrant entre les abscisse 0 et x: 12 1 2 Pi.) 2(l)-WJ(O)=- udP (4) P0 o u est le volume massique de gaz.
Le gaz utilisé est supposé parfait. On appelle C, et Cv les capacités calorifiques molaires à pression et volume constants. Cpet Cv sont indépendantsde la température.
On pose Y--P cv et WO=W(O). On s'intéresse à la vitesse de sortie du générateur.
L'équation d'état du gaz parfait donne = RT
P RT 1
d'o le volume massique:u=- M
MP
Puisque l'évolution est adiabatique et T To réversible:r-- T p Po0 D'o : M RTo p-r (5) MPo r L'équation (4) donne alors: pT- RTp 1 2 12-RT f__p _____ 2 Wi -2wo= WoI tPiI (- T-p(PI-Po T) 2 2 M YPM25po S o i t Wl Wo (1)M P[ OJ Wi2 _Wo2+2YTo 41-IVr7) (6) Application au générateur: Dans toute la suite de notre étude nous poserons: Wo= W(o) =0 En ce qui concerne le débit massique D, il convient de déterminer ses caractéristiques.
Calculons le débit massique D à l'abscisse x en fonction de S(,)le volume de gaz traversant la section S(,) pendant dt est celui du cylindre de base S(x) et de hauteur W;dt(cf. figure 3) La masse de gaz correspondante est: dû=S(x)W(x)dt dm = U(z) on en déduit le débit massique: D = dn _ S(x) W(x)dt (7) dt U(o) Le volume massique à la sortie s'obtient en utilisant la relation adiabatique:pU =constante
I
(PoOr r-l Ui = bt P ul U o (8)
PI J
Le débit à la sortie est donc:D=SSlWl vy (9) Uo Finalement: D=1A (y1) ;V v lf (10) Uo (y -1)MI/71 On peut poser: D=kf(f)=k vr1- 1 r) df Le débit passe par un extremum lorsque- =0 dr df _ y 2 v ( v) -y
I-
d r 1f, j+ 1-' _-1+ df 2 v 2l-) d s'annule pour r 1) y 2Y ) 2 y+1 c'est-à-dire:
Y y 1
q/=t y+lJ (11) On vérifiera que df >0 si dy < v, et d<o si ï> /'; dyf Il s'agit donc d'un maximum de f et par suite de D. En remplaçant dans (10) il vient: r+1 D S1 =, o( 2 2(r- (12) Dma = 0 M y+î) (2 Application aux tracés de courbe (cf. figure 4).
On calcule la valeur W de la vitesse d'éjection des gaz pour v = v'en fonction de y,R, T, M. La quantité ai= T1 représente la célérité de propagation
MMT
d'un ébranlement, ou vitesse du son, dans le gaz de masse molaire M, à la température T" avec Y=CP cv On sait du point de vue expérimental que pour 0< v < V le débit est constant et égal au débit maximal obtenu pour vf = Vf.
Seule la portion de courbe D=f(qV) pour if </<l est en accord avec les mesures expérimentales. La pression des gaz éjectée est égale à la pression du milieu ambiant (faible constante de temps mécanique, phénomènes d'équilibre très rapides) pl à la sortie du générateur tuyère et ce tant que V/_ '< <1. Par contre si 0<f < i la pression du gaz en sortie reste égale à P*= /f Po et sa vitesse W1, = W' (P I< v Po) En fait on a: 1-( t - = Y 1, en reportant dans (6) on obtient la vitesse d'éjection:W = 2(+RTi= _+2 MTo (y+1)M y1 M Or = oTiPT1=Ti(7+1) Finalement: w= XR = ai (13)| On trace la courbe réelle du débitD=f(q/) Lorsqu'on diminue la pression Pl à la sortie à partir de P0, la vitesse d'éjection croît et atteint la vitesse du son pour la vitesse critique p*= /f po. Cette vitesse est celle de propagation des ébranlements dans le gaz. L'onde de dépression que provoque un nouvel abaissement de p, ne peut plus remonter la tuyère pour donner une nouvelle répartition des pressions, puisque sa vitesse est égale à celle de l'écoulement gazeux.
Afin de simplifier l'écriture on notera: S l'aire, P la pression, u la volume massique, w la vitesse, T la température à l'abscisse x+dx, ces valeurs deviennent S+dS, P+dP, w+dw, T+dT.
Le débit étant constant, en différentiant (7) on obtient: dD dS dw du =0=-+ --- D S w u D'o la relation: dS _ dudw(14) L'écoulement étant adiabatique et réversible, d'après (3) : dw=---dP (15)en différentiant la relation w dP du adiabatique p +y- =0 (16)
P U
La relation (14) s'écrit alors:- =- + 2dP
S YP W
dS=dP _1 Pu dP yu _ W2 _ = _-_+ = _ (17) S P Y W' P YW 2 RT.
Le volume massique est:u=- à partir de la
PM
définition du nombre de Mach W2=YM2 M=YM2PU
M
D'o : YPu=( 2 en reportant dans (17) dS dP_)- W 1 -1 8 S P YW y P M 2 En combinant (14) et (16) : d =- +dS dwA-1 P=- S WM2- Après réduction il vient: dS = (M2 - 1) (20)
S
Si l'écoulement est subsonique, le nombre de dS dw Mach est inférieur à 1. -est alors du signe opposé à -, S w la section de la tuyère du générateur doit diminuer avec x pour que la vitesse des gaz augmente: tuyère convergente. dS
Et inversement si l'écoulement est supersonique (M>1, S s dw est du même signe que - ; il faut une tuyère divergente). w
Pour obtenir un écoulement supersonique on utilisera une tuyère d'abord convergente puis divergente (type tuyère de Laval). La vitesse du son est atteinte au col de la tuyère.
Dans le cas simple de l'utilisation de notre générateur en régime subsonique, on détermine la forme exacte devant être usinée à l'intérieur de l'enceinte du générateur.
dS _= -(1 M2) d s w et S-)= -(1 - M2)ln w - S0 W0 \ V-(I-M2) S=So w Wo soit _= Wo Puisque M= w
VM on a,
dS 2 dw s _w s=- T dw wdw soit, + qt
M
S 1 (W2-W2 :> In =-Inw ± So Wo 2)RT
M
W, x(W2-w.2) S= So rvo l(e) w M La présente invention est décrite à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que l'Homme de Métier sera à même de réaliser diverses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 2.0
Claims (7)
1 - Dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux, du type comportant une enceinte (1) présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique, au moins un orifice d'injection du produit à pulvériser et au moins un orifice de sortie pour l'éjection d'un mélange gazeux constitué par une suspension de particules des produits à pulvériser, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens de mesure de l'entalpie entrante, des-moyens de mesure de l'entalpie sortante et un calculateur pour la régulation thermodynamique, en régime permanent, du processus d'échange à l'intérieur de l'enceinte (1).
2 - Dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte (1) est constitué par un corps creux muni de moyens de chauffage et présentant à l'une de ses extrémités au moins une buse d'injection du produit à pulvériser et au moins une base d'injection du gaz vecteur, ladite buse étant orientée de manière à ce que la projection de son axe médian sur un plan transversal soit sensiblement tangent avec un cercle coaxial avec la buse d'injection du produit à pulvériser, l'axe médian de la buse formant avec ledit plan transversal un angle inférieur à 60 degrés, l'enceinte (1) présentant a son extrémité opposée aux buses d'injection une partie conique terminée par un orifice d'éjection central.
3 - Dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux selon la revendication 2 caractérisé en ce que le calculateur commande au moins l'un des moyens parmi une vanne contrôlant le débit de gaz vecteur à l'entrée de l'enceinte (1), une vanne contrôlant le débit du produit à pulvériser à l'entrée de l'enceinte (1), un moyen de chauffage du gaz vecteur ou du produit à pulvériser, une vanne contrôlant le débit de sortie, ou un moyen d'apport thermique à l'enceinte (1), pour maintenir constante la différence entre l'entalpie cumulée du gaz vecteur injecté dans l'enceinte (1) et du produit à pulvériser dans l'enceinte (1) d'une part, et l'entalpie du mélange de sortie d'autre part.
4 - Dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée.en suspension dans un milieu gazeux selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comporte un premier capteur de débit pour mesurer le débit de gaz vecteur introduit dans l'enceinte (1), un second capteur de débit pour la mesure du débit du produit à pulvériser introduit dans l'enceinte (1), le dispositif comportant en outre un calculateur pour l'asservissement d'une première vanne disposée à la sortie du réservoir de gaz vecteur, d'une deuxième vanne disposée à la sortie du réservoir de produit à pulvériser et d'une troisième vanne disposé à la sortie de l'enceinte (1), en fonction d'une loi d'asservissement déterminée pour la production d'un flux spécifique.
- Dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux selon l'une quelconque des revendications précédente; caractérisé en ce que le dispositif comporte un réservoir de gaz vecteur relié.à l'enceinte (1) par l'intermédiaire d'un détendeur asservi par le calculateur et d'un échangeur thermique contrôlé par ledit calculateur, un réservoir de fluide à pulvériser alimentant l'enceinte (1) par l'intermédiaire d'une pompe haute-pression et d'un échangeur de chaleur asservis par le calculateur, des moyens de 22.
réchauffage de l'enceinte (1) asservis par le calculateur et une vanne de sortie commandée par le calculateur.
6 - Application d'un dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elle est destinée à la production d'un flux laminaire de particules calibrées pour la visualisation d'écoulement dans une chambre aéraulique ou dans une soufflerie.
7 - Application d'un dispositif pour la production de particules de granulométrie contrôlée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'elle est destinée à la production d'un flux supersonique de particules calibrées présentant un nombre de Reynolds élevé pour la visualisation d'écoulement dans une chambre aéraulique ou dans une soufflerie.
8 - Procédé pour l'ensemencement volumique ou surfacique d'un matériau poreux, notamment d'une nappe fibreuse avec un produit liant polymérisable de granulométrie contrôlée caractérisé en ce que l'on provoque la pulvérisation dudit produit liant dans une enceinte (1) présentant un orifice d'entrée du gaz vecteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique et en ce que l'on dirige le jet de particules en suspension délivré par un orifice d'injection du produit nucléés sur la nappe de matériau poreux, le procédé étant en outre caractérisé par le fait que l'on détermine l'entalpie entrante du gaz vecteur d'une part et du produit liant introduit dans l'enceinte (1) d'autre part, l'entalpie sortante du produit nucléés afin d'assurer, en régime permanent, à la régulation thermodynamique du processus d'échange à l'intérieur de l'enceinte (1).
Priority Applications (4)
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| FR9402006A FR2716387A1 (fr) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | Dispositif et procédé pour la production de particules de granulométrie contrôlée en suspension dans un milieu gazeux et application pour la fabrication de matériaux fibreux. |
| FR9409531A FR2722704A1 (fr) | 1994-02-22 | 1994-08-01 | Procede et installation pour l'ensemencement volumique ou surfacique d'un materiau poreux, notammentrisable de granulometrie controlee d'une nappe fibreuse avec un produit liant polyme |
| PCT/FR1995/000209 WO1995022408A2 (fr) | 1994-02-22 | 1995-02-22 | Dispositif de production de particules de granulometrie controlee en suspension dans un milieu gazeux et application dudit dispositif |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0237353A2 (fr) * | 1986-03-13 | 1987-09-16 | The Dow Chemical Company | Procédé et buse pour effectuer un mélange à énergie constante pour l'atomisation d'un liquide |
| FR2602698A1 (fr) * | 1986-08-14 | 1988-02-19 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Generateur d'aerosol et installation pour l'etude de l'ecoulement d'un courant de gaz |
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|---|---|---|---|---|
| US4481248A (en) * | 1982-01-05 | 1984-11-06 | Richard Fraige | Buoyant fiber product and method of manufacturing same |
-
1994
- 1994-02-22 FR FR9402006A patent/FR2716387A1/fr active Pending
- 1994-08-01 FR FR9409531A patent/FR2722704A1/fr active Pending
-
1995
- 1995-02-22 WO PCT/FR1995/000209 patent/WO1995022408A2/fr active Application Filing
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995022408A3 (fr) | 1995-10-26 |
| WO1995022408A2 (fr) | 1995-08-24 |
| FR2722704A1 (fr) | 1996-01-26 |
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