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Éjecteurs : aucune pièce mobile, mais durs à concevoir

Un éjecteur fonctionne de façon stable jusqu'à une certaine contre-pression ; au-delà de ce seuil, l'aspiration s'effondre brutalement. Trouver ce seuil est le vrai travail de conception.

Un éjecteur utilise la quantité de mouvement d'un fluide moteur à haute pression pour entraîner un second fluide. N'ayant aucune pièce mobile, il est fiable ; on l'emploie en génération de vide, en réfrigération à vapeur, pour la recirculation des piles à combustible et pour le mélange en ventilation.

Fonctionnement critique et subcritique

La caractéristique de l'éjecteur n'est pas linéaire :

Régime critique (bloqué). Tant que la contre-pression reste sous un certain seuil, le débit entraîné en est indépendant. L'écoulement secondaire atteint la vitesse du son dans la chambre de mélange et se bloque. Le fonctionnement est stable.

Régime subcritique. Si la contre-pression dépasse le seuil, le débit entraîné chute rapidement et, au-delà d'un point, l'écoulement s'inverse. C'est une transition brutale et non progressive.

L'objectif de la conception est de maintenir le point de fonctionnement dans le régime critique avec une marge raisonnable par rapport au seuil.

Exigences de modélisation

Une solution compressible est obligatoire. Une condition sonique s'établit au col ; un modèle incompressible ne voit pas le blocage et surestime le débit entraîné. Voir la note sur l'écoulement compressible.

La structure de chocs doit être résolue. Un train d'ondes de choc se forme dans la chambre de mélange et le diffuseur ; sa position fixe le seuil de contre-pression. Le maillage doit y être fin.

Le mélange turbulent commande. La performance d'un éjecteur dépend de la qualité du mélange des deux courants. La résolution de la couche de mélange entre directement dans le résultat, et le choix du modèle de turbulence fait ici une différence nette. Voir la note sur le modèle de turbulence.

Sensibilité géométrique

La position axiale de la sortie de buse par rapport à la chambre de mélange change nettement la performance pour quelques millimètres de déplacement. C'est pourquoi l'éjecteur est l'un des composants qui se prêtent le mieux à l'optimisation paramétrique — et le moins bien au tâtonnement manuel.

Références

  1. Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
  2. Fay, J. A. & Riddell, F. R. (1958). Theory of stagnation point heat transfer in dissociated air. Journal of the Aerospace Sciences, 25(2), 73–85. DOI: 10.2514/8.7517

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