TDétermination expérimentale du champ des vitesses de
l'interface d'une bulle de vapeur
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J. Pakleza, en collaboration avec T. Kowaleski * et
G. Quénot**
Figure
Objet
La modélisation de la transition entre les régimes d'ébullition nucléée et
d'ébullition par film est complexe et requiert de bonnes connaissances des mécanismes
élémentaires sous-jacents. La validation des modèles existants exige des données
expérimentales fiables, en particulier sur des vitesses locales de croissance des bulles et sur le
champ de température au voisinage de l'interface. Dans cette optique nous avons
développé dans un premier temps une méthodologie expérimentale utilisant le VIP
(Vélocimétrie par Image de Particules) pour accéder à l'évolution spatio-
temporelle de la vitesse de l'interface d'une bulle en grossissement sur un fil chauffant.
Description
Pour une série de l'images CCD microscopiques d'une bulle de vapeur grandissant sur un fil ou
sur une plaque (Fig. 1) nous procédons d'abord à l'extraction des contours. Un
algorithme amélioré au LIMSI de la méthode de la rotation de la matrice de Hirsch
permet d'obtenir le contour d'une bulle avec résolution d'un pixel, ce qui correspond en
réalité à une précision de 2
3 
m (Fig. 2). Nous pouvons superposer les images
consécutives afin de visualiser la dynamique de grossissement d'une bulle (Fig. 3). Par la suite,
nous effectuons le calcul du champ des vitesses de l'interface liquide - vapeur par une méthode du
flux optique, développée au LIMSI (Fig. 4). Cette méthode, basée sur l'utilisation de
la programmation dynamique, a été appliquée avec succès à la VIP conduisant
à une amélioration significative de la précision et de la résolution spatiale du champ
dense de vitesses [1,2,3]. Comparativement au autres méthodes, basées sur la technique de
corrélation, cette approche présente les avantages suivants :
- Elle peut travailler sur les séquences de longueur quelconque et sur les images multi -
bandes (couleur) et sur les images représentant l'évolution d'une texture.
- La solution locale est calculée sur des régions dont la taille est modifiée
dynamiquement donnant une réponse correcte même pour les régions
ambiguës.
- Elle fournit un champ dense et continu (un vecteur vitesse pour
chaque pixel d'image).
Résultats et perspectives
Ce traitement complexe des images a permis de définir avec une bonne précision la
géométrie d'une interface et en particulier les rayons de courbure et les composantes normales
et tangentielles des vitesses, qui seront les données indispensables et suffisantes pour la validation
et l'amélioration des modèles mathématiques d'ébullition. Ces résultats
encourageants [4] ouvrent une nouvelle voie pour les études dans le domaine de la dynamique des
transferts de l'énergie et intéressent déjà au stade actuel plusieurs centre de recherches
[5]. Les développements à court terme concernent l'automatisation du traitement pour de
grandes séries d'images, et le passage au cas 3D utilisant plusieurs caméras CCD
synchronisées. La capture des champs de température par ensemencement du fluide par des
cristaux liquides va être mise en application prochainement.
Références
[1] G. Quénot, J. Pakleza, T. Kowalewski :
<<Particle Image Velocimetry with Optical Flow>>. accepté, à
paraître dans le journal Experiments in Fluids 1998.
[2] T. Kowalewski, G. Quenot, J. Pakleza : <<Particle Image Velocimetry using Optical Flow for Image Analysis>>.
Communication pour 8th International Symposium on Flow Visualisation, September, 1 - 4 1998, Sorrento, Italy.
(acceptée).
[3] G. Quénot, J. Pakleza, T. Kowalewski : <<Calcul du Flot Optique par Programmation Dynamique : Application à la
Vélocimétrie par Images de Particules>>. Communication pour 6ème Congrès Francophone de
Vélocimétrie Laser, septembre, 22-25, 1998, Saint-Louis, France.
[4] T. Kowalewski, A. Cybulski, J. Pakleza : <<Micro Scale Investigation of Vapor Bubble in Boiling Liquid>>.
Communication pour 10th Symposium of Mass and Heat Transfer, September, 14 - 18, 1998, Swieradow Zdroj, Pologne.
[5] J. Pakleza, T. Kowalewski : <<Mesures de la vitesse de déplacement de l'interface liquide - vapeur des
bulles en ébullition nucléée >>. Exposée aux Journées du GREDIC, février, 25-25,
IMF Toulouse, France.
*) Académie de Sciences de Pologne, IPPT PAN
**) LIMSI, Dép. Communication Homme - Machine
