Le liquide qui sort d'une buse reste d'abord une nappe ou un jet, puis devient instable et se fragmente (atomisation primaire) ; les grosses gouttes ainsi formées sont fragmentées davantage par les forces aérodynamiques (atomisation secondaire).
Le résultat n'est pas un diamètre unique mais une distribution — et le succès de l'application dépend de la forme de cette distribution.
Pourquoi la distribution compte
- L'évaporation varie comme l'aire de surface ; les petites gouttes s'évaporent vite, les grosses atteignent la cible encore mouillées [1].
- La pénétration varie comme la masse ; les très petites gouttes sont emportées avant d'atteindre la cible.
- La dérive est un problème des petites gouttes : elle crée des contraintes environnementales en pulvérisation agricole et sur les tours de refroidissement.
Ces trois exigences sont en conflit ; la conception cherche un optimum étroit. Un calcul mené avec un seul diamètre moyen ne peut absolument pas voir ce conflit.
Types de buses
À swirl sous pression (simplex). On donne une rotation au liquide pour former un cône fin. Simple et répandue ; mais la qualité d'atomisation se dégrade vite quand le débit baisse — la plage de modulation est étroite.
Bifluide / assistée par air. De l'air à grande vitesse fragmente le liquide. Elle donne une bonne atomisation sur une large plage de charge ; le prix en est la consommation d'air comprimé.
Jet plat et en éventail. Pour les applications de revêtement, où la qualité du profil de pulvérisation est critique.
Modélisation
Résoudre directement l'atomisation primaire coûte cher et n'est pas nécessaire pour la plupart des problèmes industriels. La voie pratique consiste à définir en sortie de buse une distribution de tailles mesurée et à suivre les gouttes comme une phase discrète. Voir la note sur l'écoulement multiphasique.
Points de vigilance :
- Le coefficient de traînée doit être calculé en fonction du nombre de Reynolds [2].
- L'interaction goutte-paroi doit être définie : adhérer, éclabousser, former un film. L'hypothèse par défaut « adhère » induit en erreur dans les problèmes de revêtement et de refroidissement.
- Une goutte qui s'évapore est à la fois une source de masse et de chaleur latente ; les deux modifient la phase gazeuse.
Références
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806