Convection thermocapillaire et thermogravitaire dans un fluide chauffe localement sur sa surface libre

par Éric Favre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Yves Fautrelle.

Soutenue en 1997

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Couplees aux forces de thermogravite, les forces de thermocapillarite induisent un mouvement convectif a une interface liquide / gaz. L'ecoulement resultant modifie les transferts de masse et de chaleur a travers la couche de fluide. Ce travail considere, au moyen de deux experiences (avec de l'huile silicone ou du mercure), le cas d'un fluide contenu dans une cavite cylindrique refroidie, et localement chauffe au centre de sa surface libre. L'ecoulement de base torique present en huile est caracterise en vitesse et en temperature. Lors de l'augmentation du chauffage, des structures stationnaires apparaissent, sous forme de rouleaux corotatifs (2d) pour les grands rapports d'aspect (rayon / hauteur), ou organisees en petales ou rayons (3d) pour les petits rapports d'aspect. Le confinement radial selectionne le nombre d'onde des structures. L'etude de la transition vers les regimes turbulents met d'abord en evidence une bifurcation vers des regimes instationnaires, puis des caracteristiques de turbulence faible pour les chauffages extremes (nombre de marangoni de l'ordre de 10#5). En mercure, l'effet thermocapillaire est bloque par la presence d'impuretes, qui conferent a la surface des proprietes particulieres. On observe de plus des mouvements singuliers de surface decorreles de l'ecoulement en volume. Le seul effet thermogravitaire induit un ecoulement instationnaire faiblement turbulent des les bas niveaux de chauffage. Les transferts de chaleur sont examines, en particulier a travers l'exposant de la loi exprimant le nombre de nusselt en fonction de la puissance du chauffage. Enfin, sont analyses l'effet des conditions aux limites, de la geometrie, du nombre de prandtl, et de la gravite sur les caracteristiques de l'ecoulement de base et des premiers regimes bifurques.


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  • Détails : 194 P.
  • Annexes : 115 REF.

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