Effets du rayonnement des gaz sur les instabilités thermoconvectives en cavités allongées : étude théorique et mise au point d'un montage d'interférométrie holographique

par Vincent Borget

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Anouar Soufiani.

Soutenue en 2001

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris , en partenariat avec Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

mots clés

• Convection naturelle
• Transfert radiatif
• Interférométrie holographique

Résumé

Ce travail concerne l'étude théorique et expérimentale du couplage rayonnement convection-naturelle en cavité fermée. La partie théorique est restreinte à des écoulements bidimensionnels mais l'aspect intégral des transferts radiatifs ainsi que les spectres d'absorption de gaz réels (H 2O, CO 2) sont pris en compte. Dans un premier temps, une étude de stabilité linéaire portant sur le démarrage de l'instabilité transverse en cavité verticale différentiellement chauffée est menée en prenant en compte les effets du rayonnement sur l'écoulement de base et sur les perturbations thermiques. Nous avons ainsi détermine quantitativement et analyse le retard au démarrage de l'instabilité dû aux transferts radiatifs dans des gaz réels. L'effet des transferts radiatifs sur les écoulements de convection naturelle est ensuite étudié numériquement pour une cavité verticale d'allongement élevé. Un bon accord avec l'étude de stabilité linéaire est obtenu que ce soit pour des milieux transparents, gris ou réels. Pour des gaz actifs tels que CO 2 et H 2O, nous retrouvons une transition inverse vers le régime monocellulaire associée a une hystérésis. Tous les seuils sont repousses vers des nombres de Rayleigh plus élevés. Le rayonnement favorise de plus l'apparition de nombreux régimes instationnaires lors de cette transition inverse. Dans le but de valider expérimentalement les résultats théoriques, un montage d'interférométrie holographique avec un faisceau objet de 20 cm de diamètre a été mis au point. Il permet la mesure de champs de température bidimensionnels et la déduction des transferts conductifs aux parois d'une maquette contrôlée thermiquement. Un protocole expérimental ainsi qu'une procédure d'exploitation des interférogrammes.

Titre traduit

Radiation effects on thermoconvective instabilities in high aspect to ratiocavities : theorical study and development of an optical sep-up using holographic interferometry

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