Phénomènes et régimes d’écoulement supersonique qui gouvernent la fabrication additive par projection à froid.
Rija Nirina Raoelison1, ⋆, Libin Lalu Koithara1, Sophie Costil1
⋆ : rija-nirina.raoelison@utbm.fr
1 Université de Bourgogne Franche-Comté - UTBM, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS, 90100 Belfort, France.
Mots clés : Cold spraying ; Ecoulement ; Turbulence ; Simulation CFD DNS, Cinématique poudres
Résumé :
L’écoulement diphasique gaz/poudres gouverne la fabrication additive par projection à froid. A l’aide d’une visualisation expérimentale par ombroscopie à illumination laser nanoseconde, on montre que le jet de poudre à la sortie de la buse adopte deux régimes : un confinement axial en sortie immédiate de la buse, puis un régime dispersé caractérisé par une distribution de plus en plus éparse des poudres à cause d’une déviation radiale de leur trajectoire. Une simulation numérique CDF DNS permet de comprendre les phénomènes à l’origine de cette déviation. En sortie immédiate de buse, l’écoulement supersonique du gaz détendu dans l’atmosphère ambiant développe un régime de turbulence oscillatoire entretenu depuis l’intérieur de la buse vers l’extérieur. Le jet de gaz cisaille le milieu ambiant externe en développant alternativement, sur les parties inférieure et supérieure de l’écoulement, des tourbillons qui provoquent une oscillation du jet devenant alors complètement instable au-delà d’une certaine distance. On distingue ainsi, un écoulement plus stable avant cette distance, et après celle-ci une oscillation permanente. En conséquence, l’interaction avec les poudres produit une dispersion imputable à un effet Magnus provoqué par la turbulence de l’écoulement supersonique. C’est est un phénomène indésirable car il peut altérer l’inter-cohésion des poudres pendant la croissance additive de la structure élaborée. Cette connaissance phénoménologique de l’écoulement supersonique permet d’identifier des conditions opératoires efficaces.
doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-065
PDF : download