Convection naturelle MHD dans une cavité horizontale élancée

par Laurent Davoust

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de René Moreau.

Soutenue en 1996

à Grenoble INPG .


  • Résumé

    Lors de la croissance des monocristaux semi-conducteurs a partir d'un bain fondu, la convection naturelle gouverne de maniere determinante les transferts de masse et de chaleur. Comme la micro-gravite, l'imposition d'un champ magnetique permanent sur le bain - electro-conducteur - est un moyen de stabiliser, de reorganiser l'ecoulement de convection naturelle et, finalement, de le freiner afin de s'approcher au mieux des conditions ideales d'un transport diffusif des especes chimiques. Dans un premier temps, une synthese des connaissances acquises sur les ecoulements thermogravitaires, magnetohydrodynamiques (mhd) ou non, est presentee. Puis, sur la base du dispositif experimental mascot (magnetic stabilisation of convection and turbulence), les phenomenes qui gouvernent l'ecoulement thermogravitaire mhd du mercure dans une cavite cylindrique horizontale elancee, soumise a la fois a un champ magnetique uniforme et a un gradient de temperature horizontal, sont mis en evidence puis interpretes a l'aide de la mhd. Dans cette configuration particuliere, les couches de hartmann demeurent electriquement inactives. L'inertie n'influence l'ecoulement que localement (aux extremites de la cavite), et surtout dans le cas ou la convection est intense (a grand nombre de grashoff). Ailleurs, le couplage entre courants electriques induits et distribution de temperature est illustre par l'equilibre entre le rotationnel de la force de laplace et le rotationnel de la force de flottabilite. Cet equilibre pilote l'ecoulement pour un nombre de rayleigh modifie, dit effectif, suffisamment faible. Une simulation numerique 3-d aux elements finis de cet ecoulement (laminaire) apporte une confirmation satisfaisante de ces resultats experimentaux. Ce memoire est l'etude de la transition de cet ecoulement vers la turbulence, a l'aide de l'experience mascot. Trois ondes oscillantes progressives ou stationnaires sont clairement identifiees pendant la transition. Si la convention est intense, ces ondes interagissent avec des instabilites stationnaires evoluant faiblement dans le temps. Le couplage non-lineaire associe au terme de convection dans l'equation de l'energie engendre une bifurcation sous-critique. Puis, si le regime d'ecoulement est faiblement convectif, le chaos survient a la suite d'une bifurcation supercritique de hopf. Ces resultats ouvrent des perspectives de developpement technologique pour le procede bridgman de croissance cristalline. Et plus generalement, ce progres dans la comprehension de la convection naturelle mhd pourrait s'appliquer dans d'autres situations: en genie metallurgique ou dans les couvertures tritigenes du futur reacteur de fusion thermonucleaire

  • Titre traduit

    Mhd buoyancy driven convection within a horizontal large aspect-ratio enclosure


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2016 par [CCSD] à Villeurbanne

Convection naturelle MHD dans une cavité horizontale élancée

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  • Détails : 1 vol. (230 p.)
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