Etude des instabilités de convection naturelle et des propriétés physiques des milieux diphasiques : liquide-particules solides

par Thierry Girasole

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de René Darrigo.

Soutenue en 1991

à Rouen .

mots clés

• Convection naturelle
• Phénomène de Rayleigh-Benard
• Instabilités thermiques
• Bifurcations super et subcritique
• Milieux diphasiques
• Suspensions
• Conductivité thermique
• Viscosité
• Écoulement diphasique
• Chaleur -- Convection

Résumé

Les instabilités thermiques dans les fluides font l'objet d'une attention particulière depuis longtemps aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental. Si les études avec les milieux monophasiques ont été très nombreuses, par contre notre approche est relative à une dispersion de particules solides dans un liquide. L'influence des particules (diamètre, concentration) sur les instabilités et les propriétés physiques effectives des suspensions sont caractérisées. Un montage expérimental, permettant des mesures précises de température et de flux de chaleur et une chaîne d'acquisition informatique, ont été mis au point. Les suspensions sont constituées de particules de polystyrène (0,1; 0,2; 3 et 100 micromètres, concentration variant entre 1 et 10%) dans de l'eau. L'étude a mis en évidence: 1) le rôle stabilisateur des particules avec un seuil d'apparition de la convection retardé quand la concentration augmente; 2) des bifurcations supercritiques classiques pour les diamètres particulaires supérieurs au micromètre et un comportement particulier avec discontinuité de flux pour les suspensions submicroniques; 3) des valeurs expérimentales de conductivités thermiques effectives en accord avec les formules théoriques. Les études en régime stationnaire sont complétées par la caractérisation du régime transitoire

Titre traduit

Natural convection instabilities and physical properties in liquid-solid particles systems

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