Étude expérimentale des mécanismes de cavitation à petite échelle

Abstract

Le présent article est consacré à l'analyse des diverses instabilités de cavitation attachées à un profil bidimensionnel. Une vélocimétrie par images de particules (PIV) stéréo résolue dans le temps a été réalisée dans une petite section 2D de type venturi, dans différents plans verticaux dans le sens du courant, situés à des positions variables dans la profondeur du canal. Ces expériences ont permis d'obtenir l'évolution temporelle des trois composantes du champ de vitesse dans la zone de cavitation, et de dériver les gradients moyennés dans le sens de l'envergure. Des cas d'essai à différents nombres de Reynolds ont été réalisés, en maintenant la pression ou le nombre de cavitation constant, afin de discuter de l'impact de ces paramètres sur l'écoulement. Ensuite, l'attention a été portée sur trois dynamiques d'écoulement distinctes, à savoir la cavitation en nappe, où aucune instabilité à grande échelle ne peut être détectée, la cavitation à nuage unique, où un grand nuage de vapeur est déversé périodiquement à l'arrière de la cavité, et la cavitation à nuages multiples, où le processus est plus complexe, car plusieurs nuages sont déversés en aval. Les données révèlent que la structure du jet rentrant, qui est l'un des principaux mécanismes de la cavitation nuageuse, est plus complexe que celle rapportée dans les études précédentes. Bien que le jet puisse être détecté comme un écoulement inverse intermittent à faible vitesse dans le sens du courant, il est en fait constitué de tourbillons successifs autour de la profondeur du canal, qui sont conveits en aval tout en se dilatant dans la direction verticale, provoquant le soulèvement de la cavité et contribuant ainsi à sa division finale et au déversement des nuages.