Étude de l'écoulement entre deux cylindres coaxiaux à entrefer constant et à entrefer ondule par la surface du cylindre intérieur tournant

par Mohammad Rafique

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Salaheddine Skali-Lami.

Soutenue en 1999

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Ce document présente des investigations d'un écoulement confiné entre deux cylindres coaxiaux. Le cylindre extérieur étant lisse, alors que le cylindre intérieur tournant est soit lisse soit ondulé axialement. Ces études concernent le cas de l'écoulement de Couette classique et le cas de l'écoulement forcé par deux longueurs d'onde et plusieurs amplitudes de l'ondulation géométrique. Dans cette dernière configuration, l'écoulement de base est tridimensionnel même à très faible nombre de Taylor où une approche de modélisation, utilisant le concept de perturbations géométriques, est proposée. Par l'utilisation des techniques comme la PIV et la polarographie, des résultats concernant les champs de vitesses dans un plan axial et les gradients pariétaux locaux sont donnés en fonction du nombre de Taylor et en fonction de différentes géométries. A partir de ces résultats, les évolutions des valeurs moyennes, des valeurs fluctuantes (analyses fréquencielles), et des champs de vitesses numériques et expérimentales sont analysées pour toutes les géométries. Les variations du nombre de Taylor par des pas très fins, ont permis de mettre en évidence d'une part un saut de fréquence/amplitude de l'onde azimutale dans l'écoulement de Couette classique et d'autre part les variétés des modes bi-cellulaire ou multicellulaire par longueur d'onde en fonction de cette dernière et de son amplitude. Ces investigations ont également-permis de montrer que le cas d'une faible longueur d'onde, le mode bi-cellulaire persistant au fort nombre de Taylor, s'accompagne d'une modification de la taille d'une cellule au dépens de l'autre. Dans toutes les géométries étudiées, l'écoulement se déstabilise, au-delà d'un nombre de Taylor critique déterminé expérimentalement.


  • Résumé

    This report presents the investigations of a flow confined between two coaxial cylinders. The outer cylinder is smooth while inner cylinder may be either smooth or may have axially symmetric wavy surface. The study concerns the classical Couette flow and the flow forced by geometric waves of two wavelengths and several amplitudes. In the later configuration, the basic flow, even at very small Taylor numbers, is three-dimensional for which a modeling approach, using the geometric perturbation concept, is suggested. Using the techniques like, PIV and Electrochemical Shear Stress, velocity fields in an axial plan and local wall shear velocity gradients, as a function of Taylor number and for different geometries, are given. From these results, the average and spectral evolutions, numerical and experimental velocity fields are analyzed for all geometries. A fine step variation of Taylor number has allowed to make evident on one hand, a frequency/amplitude shift in wavy, vortex flow in the case of the classical Couette flow and on the ether, a variety of bi-cellular or multi-cellular modes per wavelength as a function of geometric wavelength and amplitude. These investigations have also allowed showing that in the case of small wavelength, the bi-cellular mode persists at high Taylor numbers, and is accompanied by vortices size asymmetry. In the geometries studied, the flow destabilizes beyond an experimentally determined critical Taylor number.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Annexes : Bibliogr. (144 réf.)

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