Étude expérimentale de l'origine du bruit émis par les flammes de chalumeaux
Résumé
The sound emission level of welding torches is generally higher than 85 dBa. This thesis presents a study of the origin of this noise and of the means to reduce it.
Le bruit émis par les flammes de chalumeaux dépasse couramment 85 dBa. Son origine et les moyens à mettre en oeuvre pour le réduire sont étudiés dans cette thèse. La flamme d'un chalumeau alimente en propane-oxygène est caractérisée par une analyse quantitative de sa chimiluminescence, sa pression acoustique en champ libre, les vitesses d'écoulement et un traitement d'images numériques. La turbulence de l'écoulement est beaucoup trop faible pour expliquer l'intensité du bruit. Deux mécanismes d'émission sonore originaux sont identifies : les variations de surface de flamme liées a l'instabilité de darrieus-landau et la combustion quasi-homogène de petits volumes de gaz frais formes lors du détachement de poches en bout de flamme. L'instabilité de darrieus-landau dans cette configuration de flamme accrochée est étudiée sur un brûleur modèle. Une flamme laminaire est stabilisée sur un brûleur a fente et un champ électrique crée des perturbations d'amplitude et de longueur d'onde contrôlées a sa base. Ces perturbations sont convectées a la vitesse de l'écoulement et leur amplitude croit exponentiellement. La dépendance du taux de croissance temporel en fonction du nombre d'onde est correctement prédite par l'étude de stabilité linéaire des flammes planes libres. Les nombres de Markstein fournis indirectement par cette analyse diminuent avec la richesse et augmentent avec la concentration en oxygène. Le seuil d'apparition des poches et la variation du bruit associent leur formation en fonction de l'amplitude des structures sont correctement prédits par un modèle géométrique simple. Au terme de cette étude, nous avons obtenu une réduction de 20 db du bruit du chalumeau en retardant le déclenchement de l'instabilité de darrieus-landau (breveté).
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