Structures synchronisées dans les écoulements inhomogènes de convection mixte en milieux poreux

par Fatah Mejni

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Mohamed Najib Ouarzazi.

Soutenue le 01-12-2008

à Lille 1 .


  • Résumé

    Ce travail porte sur une étude théorique et numérique des structures synchronisées d'un fluide confiné en milieu poreux chauffé par le bas d'une façon inhomogène et soumis à un écoulement horizontal. L'inhomogénéité de la température induit un écoulement stationnaire et faiblement non parallèle dont la stabilité linéaire est étudiée, Les instabilités thermo-convectives sont recherchées sous la forme de modes propres, modulés par un développement WKBJ dans la direction horizontale. Pour les deux configurations génériques présentant un point tournant simple ou double, Il a été démontré que l'existence d'une région d'instabilité locale absolue était nécessaire à l'émergence d'un mode global. Le seuil et la fréquence des oscillations de ce mode global sont déterminés. La dynamique non linéaire est explorée grâce à une équation de Ginzburg-Landau d'une part, et à la résolution numérique directe (RND) bidimensionnelle en méthode spectrale d'autre part. Il a été trouvé que la fréquence obtenue par RND correspond à la fréquence absolue marginale dans le cas d'une configuration avec point tournant double, et à la fréquence absolue imposée par un point tournant simple attaché à l'entrée du milieu, Ce mécanisme de sélection de la fréquence s'avère pertinent, y compris loin du seuil d'instabilité globale. L'analyse fine de la distribution spatiale des structures synchronisées montre que les résultats sont en excellent accord avec la théorie des modes globaux non linéaires. Enfin, une comparaison quantitative entre théorie et expérience met en évidence un très bon accord entre les fréquences des structures synchronisées tridimensionnelles prédites et les fréquences mesurées.

  • Titre traduit

    Synchronized oscillations in inhomogenous flows of mixed convection in porous media


  • Résumé

    Mixed convection flow in porous media heated from below non uniformly and subjected to an horizontal pressure gradient is studied theorettcally and numericalIy. The prescribed temperature at the bottom boundary is assumed to vary slowly in space. The result is the establishment of a weak inhomogeneous basic state, the stabIllty of which is carried out using the WKBJ approximation. Depending on the choice of the imposed inhomogeneous temperature profile, two cases prove to be of interest: the base flow displays an absolute instability region either detached from the inlet or attached to it. Results from combined direct numerical simulations and limear stability approach have revealed that in the first case, the nonlinear solution is a steep nonlinear global mode, with a sharp stationary front located at a margimally absolutely unstable station. ln the second configuration, the scaling laws for the establishment of a nonlmear global mode quenched by the inlet are found to perfectly agree with the theory. It is also found that in both configurations, the global frequency of synchronized oscillations corresponds to the local absolute frequency determined by Iinear criterion, even far from the threshold of global instability. All these results agree remarkably with recent advances of nonlinear global modes theory, A good agreement is also found between the predictions of the theory and the measured global frequencies


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Informations

  • Détails : 1 vol. (iii-150 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [145]-150. 121 réf.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2008-197
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