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Objet

Les écoulements diphasiques d'hélium font l'objet d'études expérimentales importantes au CEA car ils sont souvent retenus comme solution au problème du refroidissement des aimants supraconducteurs, en particulier dans les accélérateurs de particules. Dans ce domaine, le Service des Techniques en Cryogénie et Magnétisme du DAPNIA/CEA dispose d'une station d'essai [1] permettant la mise en oeuvre d'écoulements diphasiques verticaux de titre massique contrôlé. Dans le cadre d'une convention CEA/CNRS, les signaux issus des capteurs sont traités et analysés par le LIMSI en vue de la caractérisation des différents régimes d'écoulement.

Description

La caractérisation porte sur quatre grands types d'écoulements qui ont été observés [2] : les écoulements à bulles, les écoulements à grosses bulles, les écoulements à poches disloquées, et les écoulements annulaires. L'analyse a été effectuée selon trois méthodes : analyse spectrale paramétrique, analyse probabiliste par les densités de probabilité et caractérisation du chaos déterministe à partir des signaux expérimentaux. L'analyse spectrale paramétrique consiste en une modélisation AR du signal des fluctuations étudiées. La méthode dite <<de covariance modifiée>> a été utilisée ainsi que l'algorithme rapide de Marple pour obtenir les coefficients du modèle et calculer les densités spectrales paramétriques. Pour l'estimation des densités de probabilité, la méthode d'estimation à vraisemblance pénalisée maximum basée sur l'algorithme de Scott, Tapia et Thomson a été adoptée. Enfin, tout récemment, la méthode de caractérisation du chaos déterministe applicable aux signaux expérimentaux a été utilisée.

Résultats et perspectives

L'analyse a porté sur trois débits et pour chaque débit, différents titres donnant différents régimes d'écoulement. L'analyse spectrale paramétrique montre nettement pour des titres faibles et pour différents débits, l'existence d'une fréquence dominante caractéristique des différents régimes d'écoulement. On peut noter cette tendance sur la figure 1 qui représente pour l'écoulement à bulles les densités spectrales paramétriques obtenues. L'évolution de cette fréquence dominante pour différents débits est montrée sur la figure 2. L'analyse probabiliste par les densités de probabilité confirme les tendances observées lors de l'étude préliminaire [2]. La figure 3 représente pour le débit q = 0.40 g/s les densités de probabilité obtenues à différents régimes. On note pour des titres très faibles une dissymétrie vers les valeurs négatives, tendance qui s'inverse pour des titres plus élevés. La figure 4 représente les coefficients de dissymétrie obtenus à partir des densités de probabilité. On observe la même tendance pour les trois débits. La figure 5 représente l'attracteur reconstruit pour deux régimes d'écoulement. Elle donne un exemple de résultats obtenus par application des méthodes de caractérisation du chaos déterministe aux signaux expérimentaux. On a indiqué aussi sur cette figure les valeurs correspondantes de l'entropie de Kolmogorov (K). Ces résultats indiquent une différence notable du degré chaotique entre les deux régimes. L'ensemble des résultats [2] montre que les méthodes d'analyse adoptées sont complémentaires et permettent une <<caractérisation>> qualitative nette des différents régimes.

Références

[1] L. Augyrond, Ph. Bredy, M. X. François, C. Meuris, N. Van Thinh : "Configurations de quelques écoulements d'hélium I diphasiques", 5ème coll. d'Aussois, Cryogénie et Supra. 3-5 avril 1997.
[2] L. Augyrond : "Contribution à l'étude des écoulements diphasiques verticaux d'hélium", Thèse de doctorat de l'Université Paris VI, soutenance prévue le 30 avril 1998 .
*Dapnia/Stcm/CEA.

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