Recherche Avancée

Thèse soutenue

Evolution par convection naturelle d'une stratification formée de deux couches liquides dans un réservoir cylindrique

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Auteur / Autrice : Alain Lemembre
Direction : Jean-Pierre Petit
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique
Date : Soutenance en 1999
Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Résumé

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Au moyen de simulations numériques, ce travail identifie les mécanismes qui pilotent le mélange au sein d'une stratification thermique et massique. Le mélange est provoqué par la convection naturelle induite au sein d'un liquide contenu dans un réservoir cylindrique vertical et chauffe latéralement. La stratification se présente initialement sous la forme de deux couches séparées par une interface diffusive d'épaisseur finie, la couche inferieure étant plus chaude et plus concentrée en soluté. La principale motivation de cette étude est la compréhension du phénomène de rollover, un mélange au sein des réservoirs de gaz naturel liquéfié (GNL) induisant une soudaine augmentation de l'évaporation à la surface libre. Le premier chapitre fait le point des connaissances sur le phénomène de rollover. Le deuxième chapitre propose une description du système en termes de groupements sans dimensions. L'épineux problème du respect des conditions de similitude est abordé. Le troisième chapitre expose les méthodes numériques employées dans les simulations. L'accent est mis sur les problèmes numériques qui constituent le premier obstacle à la réalisation de la similitude. Le délicat problème de viscosité artificielle, récurrent en simulation numérique, est caractérisé quantitativement dans la configuration qui nous intéresse. Ces considérations numériques sont suivies d'aspects physiques par l'étude d'une part d'un mélange dans l'eau salée, d'autre part d'un mélange dans le GNL. Le quatrième et dernier chapitre est axé sur l'évolution du GNL avec évaporation en surface libre. Des structures convectives originales sont mises en évidence. Ce chapitre propose une vision du rollover dont on espère qu'elle puisse inspirer les modélisateurs du rollover.