Identification des configurations d'un écoulement diphasique dans un faisceau de tubes à l'aide d'une machine à vecteurs de support

Les écoulements diphasiques sont présents dans de nombreux équipements industriels comme les échangeurs de chaleur. On s'intéresse ici en particulier aux générateurs de vapeur, où il existe un écoulement transverse au niveau de la partie supérieure des faisceaux de tubes en U. Il est important de connaître les configurations que l'écoulement peut prendre à cet endroit, car dans certaines conditions, l'interaction fluide-structure peut engendrer des vibrations des tubes et de leurs supports, et donc une usure par frottement, qui peut aller jusqu'à causer des défaillances. Alors que les configurations d'écoulement sont bien connues pour les écoulements diphasiques à l'intérieur de tubes, en comparaison, peu d'études ont porté sur l'identification des configurations en faisceaux de tubes. Parmi les études réalisées, un certain nombre s'appuie seulement ou majoritairement sur des observations visuelles, qui sont source de subjectivité dans l'identification de ces configurations. Par ailleurs, le développement récent des connaissances dans le domaine du machine learning (apprentissage automatique) a ouvert de vastes possibilités pour des applications comme la classification de données et l'identification de configurations. Des « machines » d'apprentissage supervisé comme les réseaux de neurones ou les machines à vecteurs de support (SVM) ont été utilisées avec succès pour assister l'identification des configurations d'écoulement dans des tubes, permettant ainsi d'obtenir des cartes d'écoulement basées sur des classifications plus objectives. Cependant, cette approche ne semble pas encore avoir été mise à profit pour les faisceaux de tubes. L'objectif de cette étude est donc de développer une méthode d'identification des configurations d'écoulement diphasique dans les faisceaux de tubes, basée sur l'analyse de signaux obtenus par sonde optique, et l'utilisation d'une machine à vecteurs de support pour en obtenir une classification plus objective. La section d'essai utilisée est une conduite transparente à section carrée dont les parois sont constituées de demi-tubes de façon à représenter le chemin d'écoulement d'un faisceau de tubes en configuration triangulaire tournée. Les demi-tubes ont un diamètre de 38 mm et le rapport entre le pas du faisceau et ce diamètre est de 1.5. 110 points de mesure ont été réalisés pour des titres volumiques variant entre 12% et 97%, et des vitesses superficielles de liquide comprises entre 0.1 m/s et 0.75 m/s.