Instabilites d'ecoulements thermocapillaires et de thermogravite

par Jean-françois Mercier

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Christiane Normand.

Soutenue en 1997

à Paris 6 .

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  • Résumé

    Nous etudions les ecoulements engendres dans des couches de fluides soumises a une difference de temperature appliquee horizontalement. Les forces motrices sont les forces de thermogravite et thermocapillaires, dues respectivement a la variation avec la temperature de la masse volumique du fluide et de sa tension superficielle. Trois configurations, qui different par la forme de la cellule contenant le fluide ou par la localisation du chauffage du fluide, sont etudiees. Chacune de ces configurations met en evidence un aspect different du mecanisme responsable de la destabilisation de l'ecoulement. Dans la premiere configuration, le fluide est contenu dans une cavite rectangulaire beaucoup plus longue que large et dont les deux parois verticales les plus longues sont differentiellement chauffees. Une premiere approche du probleme consiste a negliger l'influence des parois verticales thermostatees et a etudier la stabilite de l'ecoulement se developpant dans le centre de la cellule. Les longueurs d'ondes, frequences, directions de propagation et seuils d'instabilite des modes instables stationnaires ou oscillants obtenus theoriquement sont compares aux structures observees experimentalement. Les mecanismes d'instabilite sont essentiellement lies a la forme du profil vertical de temperature dans le fluide, et une attention particuliere est apportee a la description des echanges thermiques entre le fluide et l'air ambiant. La seconde approche consiste a affiner la description de l'ecoulement de base en prenant en compte l'influence des parois verticales. La seconde configuration est une cellule annulaire dont les parois cylindriques verticales sont differentiellement chauffees. Les resultats obtenus dans la cellule rectangulaire se transposent dans la cellule annulaire en remplacant le gradient thermique constant de la geometrie rectangulaire par celui de la geometrie annulaire, inversement proportionnel a la distance radiale. L'introduction de parametres locaux permet de montrer que l'instabilite se developpe d'abord pres du cylindre interieur. Dans la derniere configuration, la couche de fluide est chauffee par un fil electrique immerge parallelement a la surface libre. Le developpement d'un ecoulement vertical ascendant au dessus du fil induit une deformation de la surface libre, s'ajoutant aux mecanismes d'instabilite des configurations precedentes.


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  • Détails : 176 P.
  • Annexes : 54 REF.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Institut d'Alembert-Bibliotheque de Mecanique..
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  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
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  • Cote : PMC RT P6 1997
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