Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Diffusion Rayleigh

Diffusion Rayleigh

Méthode optique reposant sur la diffusion Rayleigh (diffusion de la lumière par des particules plus petites que la longueur d’onde incidente). Du point de vue physique, le contenu spectral de la lumière diffusée est lié à la température et à la vitesse ; son intensité est liée à ρ (densité).


Principes physiques


Mise en œuvre


- Un photomultiplicateur (PM) est un transducteur qui génère une impulsion électrique lorsqu’un photon interagit avec la zone photosensible du capteur.
- Le niveau des signaux obtenus par diffusion Rayleigh est très faible et dominé par du bruit appelé shot noise (bruit de photon).
- L’effet pile-up est la limitation de la mesure de la valeur maximum du flux de photon liée aux constantes de temps de certains types de capteurs.


Applications

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Jets compressibles à haut nombre de Reynolds en environnement anéchoique (photo LMFA)

Validation expérimentale

Comparaison des résultats à une mesure directe des fluctuations de température par anémométrie fil froid à Tension Constante (CVA).
Géométrie des sondes fil froid :
- figures a & c : d = 3.1 µm ; l = 1.25 mm ; tc = 306.0 µs
- figures b & d : d = 1.0 µm ; l = 0.40 mm ; tc = 40.4 µs

  • Sillage incompressible d’un cylindre chauffé
    JPEG - 211.3 ko
    Spectres de température dans le sillage d’un cylindre chauffé x=5D z=0.5D
  • Couche de mélange incompressible d’un jet chaud
    JPEG - 212.5 ko
    Spectres de température dans la couche de mélange d’un jet chaud x=8D z=0.6D

- Gris : diffusion Rayleigh
- Noir : CVA sans correction de l’inertie thermique du fil
- Rouge : CVA avec correction "hardware" de l’inertie thermique du fil
- Vert : CVA avec correction "software" de l’inertie thermique du fil
- Bleu : CVA avec correction "hardware" a posteriori de l’inertie thermique du fil

Les erreurs sont relatives aux mesures par diffusion Rayleigh.


— > Développement d’une méthode de mesure de la masse volumique par diffusion Rayleigh appliquée à l’étude du bruit de jet, et contribution à l’étude du screech dans les jets supersoniques sous détendus (Mercier.B, Thèse de Doctorat, 2017).pdf
— > High frequency temperature fluctuation measurements by Rayleigh scattering and constant‑voltage cold‑wire techniques (Mercier B, Jondeau E, Castelain T, Ozawa Y, Bailly C, Comte‑Bellot G, Experiments in Fluids, 2019).pdf