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Application simultanée de la spectométrie par diffusion Raman spontanée et de la PIV/LDV pour la caractérisation d'un écoulement d'air vapeur.


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E. Porcheron, L. Thause, J. Malet, P. Cornet, Ph. Brun, J. Vendel, 8ème congrès francophone de vélocimétrie laser, 17-20 septembre 2002, Orsay, France.

Résumé

Une étude expérimentale a été réalisée afin d’étudier la p ossibilité de faire des mesures de vitesse par PIV et LDV simultanément avec des mesures de fraction volumique en utilisant une méthode de spectrométrie basée sur la Diffusion Raman Spontanée (DRS). Le banc optique prototype de spectrométrie Raman a été caractérisé sur des écoulements d’air et de vapeur d’eau avec un ensemencement en particules de SiC nécessaire aux mesures de vitesse faites par vélocimétrie laser. Des mesures couplées de vitesse et de fraction volumique ont été effectuées dans l’enceinte TOSQAN qui est dédiée à la simulation des conditions thermohydrauliques représentatives d’une enceinte de confinement d’un Réacteur à Eau Pressurisée (REP) en situation accidentelle. Durant le déroulement d’un hypothétique accident grave sur un Réacteur nucléaire à Eau Pressurisée (REP), de l’hydrogène peut être produit dans le circuit primaire par la réaction d’oxydation par la vapeur d’eau, des gaines contenant le combustible. En cas de brèche de ce circuit, l’hydrogène et la vapeur d’eau se répandent dans l’enceinte de confinement du REP et la répartition de l’hydrogène est alors dépendante des mouvements de convection forcée générés par la fuite de vapeur, et de ceux de convection naturelle entretenus par la condensation de la vapeur d’eau sur les parois de l’enceinte de confinement. L’objectif de cette étude est la caractérisation de l’écoulement air/vapeur se développant dans une enceinte de grande dimension en utilisant simultanément la spectroscopie par Diffusion Raman Spontanée (DRS) et les techniques de vélocimétrie laser PIV et LDV. Quelques études montrant la possibilité de faire des mesures de concentration parallèlement à des mesures de vitesse sont disponibles dans la littérature. Tel est le cas par exemple de celle menée par (Borg et al., 2001) associant la technique PIV et la Fluorescence Induite par Laser (LIF). L'effet Raman, observé pour la première fois en 1928, est utilisé par de nombreuses techniques de spectroscopie moléculaire en complémentarité avec la spectroscopie infrarouge d'absorption. En combustion, l'effet Raman est employé afin de mesurer à la fois la concentration et la température dans les flammes (Miles, 1999) ainsi que dans les sprays, pour des applications liées à l’injection dans les moteurs à combustion interne (Beushausen et al., 2000). La Diffusion Raman Spontanée est un outil de diagnostic performant puisque l’interprétation des spectres Raman peut conduire à l’obtention des fractions molaires mais aussi des températures avec une très bonne précision (Goldbrunner et al., 2000). Un autre intérêt de la DRS est que la présence d’impuretés, telles que par exemple des gouttelettes d'huile à l'intérieur d’un écoulement, a peu de conséquence sur les mesures (Labrunie et al., 1999). Ainsi la DRS et la vélocimétrie laser peuvent potentiellement être utilisées de manière couplée.