L’anémométrie laser doppler (LDA)

Système de mesure par Anémométrie Laser Doppler

Les différentes techniques de mesure que nous avons utilisées au cours de cette étude sont l’anémométrie laser doppler (LDA) et la vélocimétrie par images de particules (PIV). Mais nous n’exposerons ici que la technique LDA. A cause de la lourdeur du matériel mis en œuvre pour la PIV et l’opération de traitement du signal lié à cette méthode, il nous a fallu suivre une formation à cette technique et nous n’avons pas eu le temps nécessaire pour exploiter les résultats obtenus par cette technique. L’anémométrie laser à effet Doppler est une technique optique permettant de déterminer les composantes de vitesse d’un écoulement, basée sur la mesure du décalage de la fréquence de la lumière émise par une particule, en mouvement avec le fluide. Cette technique de mesure non intrusive utilise le principe de l’effet Doppler appliqué à de fines particules présentes dans l’écoulement. Lorsqu’une de ces particules traverse un système de franges d’interférences de lumière créé par l’intersection de deux faisceaux, elle crée un signal de diffusion à une fréquence caractéristique f d directement proportionnelle à la vitesse de la particule u et inversement proportionnelle à l’interfrange. Si θ est le demi-angle entre les deux faisceaux lasers, f d est donnée par la relation:  Pour déterminer le sens du déplacement des particules, un décalage de fréquence de 40 Mhz de l’une des deux paires de faisceaux est réalisé à travers son passage dans une cellule de Bragg. Les deux paires de faisceaux, l’un  » braggé  » et l’autre  » non braggé  » sont focalisées à l’aide d’une lentille frontale pour former des franges d’interférences qui définissent le volume de contrôle (ou volume de mesure). Lorsqu’une particule traverse ce système de franges d’interférences, celle ci réémet de la lumière dans toutes les directions, mais avec une intensité différente. Cette lumière émise par la particule est diffusée vers l’arrière de la lentille frontale (c’est la rétrodiffusion), et enregistrée dans le photo-récepteur, dispositif qui permet de transformer les faisceaux lumineux en signal électrique.

Les deux paires de faisceaux  » braggé  » et  » non braggé  » de même que la lumière rétrodiffusée par les particules sont transmises par des fibres optiques. Ceci permet de réduire la taille et le poids de la sonde, rendant l’équipement flexible et plus facile à utiliser dans les mesures pratiques. Le laser, le séparateur de couleur, la cellule de Bragg et le photo-récepteur peuvent être fixes à l’écart de la boucle d’essai, tandis que la sonde peut être manipulée pour changer de zone de mesure. Avant tout essai, il faut remplir le bassin de l’unité avec de l’eau tirée du réseau d’alimentation du centre. Le volume total d’eau rempli est estimé à1m3 . On a pris soin de bien respecter le niveau maximal d’eau (indiqué sur l’unité) pour éviter tout risque de débordement pendant le fonctionnement  Pour vérifier la profondeur de la veine, on place le volume de mesure à l’origine, et on le déplace dans le sens de la profondeur c’est-à-dire selon l’axe z jusqu’à arriver à la seconde paroi interne. En déplaçant le volume de mesure dans le sens de la profondeur, on mesure un signal représentatif des particules traversant la veine d’essais. L’absence de signal indique que le volume atteint l’autre paroi.

Signalons que durant tous nos essais, nous nous sommes focalisés sur le canal placé au centre de la veine d’essais comme montré sur la figure 39 ci-dessous. Les mesures sont réalisées au milieu de la veine dans le plan médian noté Pm, donc en partant de l’origine (0,0,0) nous avons déplacé le volume de mesure à mi-distance dans la direction de la profondeur, soit une ordonnée z = 15 mm. Chaque acquisition à une coordonnée fixée, est réalisée à partir de 2000 points de mesure. Cette valeur est un minimum pour réaliser un traitement statistique acceptable. Nous avons donc accès aux grandeurs telles que la vitesse moyenne et l’écart-type…  Où N est le nombre de valeurs validées au point de mesure. Dans ces conditions, l’incertitude maximale de nos mesures est évaluée à 1,1%. Signalons aussi que le Data Rate de tous nos points de mesure est au minimum de 90%. Les taux de turbulence sont de l’ordre de 13% pour le débit Q1 (c’est-à-dire quand la pompe fonctionne à la fréquence de rotation de 15 Hz), de l’ordre de 18% pour le débit Q2 (fréquence de 20 Hz) et de l’ordre de 25% pour le débit Q3 (fréquence de 25 Hz).