Développement d'une méthode de caractérisation externe et interne de sprays de carburants par imagerie rapide

Résumé

La qualité de la combustion dans un moteur à explosion ou dans une turbine à gaz est directement influencée par la phase d’injection du carburant. Une maîtrise de la distribution spatiale et temporelle du liquide injecté est alors impérative afin de consommer le maximum de carburant présent dans la chambre et de limiter les rejets de polluants. Pour caractériser le processus d’injection, une technique grandement utilisée est l’imagerie rapide de sprays, suivie par le traitement des images. L’ombroscopie, avec une caméra à haute vitesse, est préférée dans cette étude étant donné la configuration expérimentale (injecteur mono-trou, faible densité du carburant, etc.). En général, les méthodes de post-traitement d’images sont diversifiées, allant de la simple segmentation par seuillage à des méthodes alternatives comprenant une detection de contours puis une segmentation. La revue de littérature dans le domaine de l’analyse de sprays a montré des manques et des imprécisions qui persistent. Aussi, dans les études de caractérisation complète de sprays, des méthodes distinctes sont utilisées pour l’analyse externe (macroscopique) et interne (microscopique), ce qui est à la fois complexe à mettre en place et dangereux au vu des erreurs pouvant être introduites. L’objectif principal est alors de proposer un outil complet, capable de traiter des images de sprays, conduisant à l’obtention des propriétés externes et internes, de manière fidèle et représentative de la réalité. La method retenue est une méthode hybride comportant tout d’abord une phase conséquente d’amélioration et de débruitage de l’image par filtrage Bayésien sur réseau multi-échelles. Cette première étape semble essentielle étant donné la qualité moindre des images de sprays obtenues. La seconde phase est l’application d’une méthode alternative de contours actifs suivie d’une segmentation afin de transformer les contours détectés en régions. Cette approche est compare aux outils utilisés de nos jours et elle démontre une performance supérieure. La majorité des comparaisons est effectuée sur des images de synthèse puis sur des images naturelles, par des analyses visuelles, des analyses d’indicateurs de qualité, des analyses de spectres d’images. La caractérisation du spray débute ensuite par l’obtention des propriétés externes (longueur de pénétration, angle de cône, aire et volume) puis des propriétés internes (distribution des diamètres de gouttes, diamètres moyens et représentatifs). La performance de l’algorithme de post-traitement permet de mener une étude des paramètres morphologiques des gouttes avec un niveau de confiance élevé, du fait de la préservation des propriétés des objets au cours du calcul (pas d’extrapolation ni de suppression de contours). L’application à des injections à basse pression d’iso-octane, démontre l’efficacité de la solution proposée.

Date	6 oct. 2017
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice)) & Julien Weiss (Codirecteur(-trice))