Quadrant-edge orifice-modification for better performance

Diaphragme à bord amont profilé en quart de cercle Modification lui assurant un meilleur fonctionnement

¹ Scientific Officer, Civil and Hydraulic Engg. Dept., Indian Institute of Science, Bangalore-12, India.
² Associate Professor, Civil and Hydraulic Engg. Dept., Indian Institute of Science, Bangalore-12. India.

Résumé

Le diaphragme débitmètre à bord amont profilé en quart de cercle a été retenu pour une Normalisation Internationale par la International Standards Organisation dès 1939. Les limites supérieures de la constance des coefficients de débit, préconisées par Koennecke [1], sont indiquées au tableau 1. Le tableau 2 présente les résultats obtenus par d'autres chercheurs, en ce qui concerne les limites supérieures de cette constance, pour β = 0,5. Le présent article propose une explication de la montée raide de la courbe des coefficients de débit à partir de la région constante, ainsi que certaines méthodes pouvant permettre d'étendre cette zone de constance jusqu'à un nombre de Reynolds plus élevé. La figure 1 représente le schéma d'un diaphragme à bord amont profilé en quart de cercle. La figure 2 montre une courbe type des coefficients de débit correspondant à un tel diaphragme-débitmètre, pour lequel β = 0,50. Dans une étude antérieure [1], les auteurs avaient démontré la possibilité de relier le coefficient de traînée d'un tel diaphragme, CD(pl) à celui d'un cylindre CD maintenu dans un milieu fluide infini, par la relation: CD(Pl) = (1+β2)/C2 - 2β2 (1) D'après cette équation la montée raide de la courbe des coefficients de débit correspondrait à la brusque chute des valeurs du coefficient CD, correspondant à un cylindre. On sait que cette chute soudaine est due à la fois à la transition de la couche limite au régime turbulent, et au déplacement ainsi provoqué du point de séparation de l'amont vers l'aval, et enfin il une réduction des dimensions du sillage. La figure 3 représente l'écoulement type autour d'un cylindre, dans un milieu fluide infini. La figure 4 montre un phénomène semblable, à l'intérieur du diaphragme à bord amont profilé en quart de cercle. On voit, d'après cette figure, que lorsque la couche limite passe du régime laminaire au régime turbulent, le diamètre du jet augmente, ainsi que la valeur de Cc. Il a déjà été démontré que la valeur de Cv reste constante, pour ces valeurs du nombre de Reynolds, et qu'elle reste également indépendante de ce nombre [6]. Puisque C = Cc x Cv. la valeur de C croît en fonction de la transition. Il est possible d'éviter cette brusque augmentation de la valeur de C, et ainsi d'agrandir le domaine de constance, à l'aide des quatre méthodes suivantes : 1. Si nous coupons le bord aval du diaphragme jusqu'à l'endroit où existait le point de décollement correspondant à BD < 200 000, de sorte que nous enlevons la surface qui aurait permis à ce point de décollement de se déplacer plus vers l'aval, nous pouvons empêcher la croissance du diamètre du jet. Il s'agit ici d'un procédé à tâtonnements, puisque nous ne connaissons pas la position exacte de ce point de décollement. Nous avons recoupé les bords du diaphragme n° 3-1 à 1°, 4 1/2°, 6°, 8 1/2° et 9 1/2° ; l'extension de la limite de constance ainsi obtenue est montrée sur la figure 5. Les figures 6, 7, 8, 9, et 10 montrent plus nettement l'élimination progressive de la courbe raide et montante. Dans le but de vérifier la reproductibilité de ces résultats, nous avons recoupé le bord d'un diaphragme n° 3-2 (semblable au n° 3-1) en fonction d'angles différant de ceux du cas précédent, et allant jusqu'à 10°. La figure 11 montre la comparaison des résultats obtenus, et ceux correspondant au diaphragme n° 3-1. Une caractéristique intéressante de cette méthode est qu'elle ne modifie guère le coefficient de débit à l'intérieur de la zone de constance. 2. En rendant la surface du bord du diaphragme aussi lisse que possible, dans le but de retarder la transition de la couche limite vers un nombre de Reynolds plus élevé. 3. On pourrait détruire la couche-limite laminaire par la création de turbulence, à l'aide d'une toile métallique placée juste à l'amont du diaphragme. Ceci augmenterait éventuellement le coefficient de débit, même à l'intérieur de la zone de constance, étant donné l'élimination complète de la contraction du jet. 4. Par aspiration de la couche limite, à l'aide de dispositifs extérieurs, afin de "plaquer" le jet décollé contre la limite. Ces différentes méthodes devraient permettre l'extension de la zone de constance jusqu'à R = 500 000.