Publication : t97/134

Instabilités d'écoulements thermocapillaires et de thermogravité

Mercier J.-F. (CEA, DSM, SPhT (Service de Physique Thorique), F-91191 Gif-sur-Yvette, FRANCE)
Abstract:
Nous \'etudions les \'ecoulements engendr\'es dans des couches de flui\-des soumises \`a une diff\'erence de temp\'erature appliqu\'ee horizontalement. Les forces motrices sont les forces de thermogravit\'e et thermocapillaires, dues respectivement \`a la variation avec la temp\'erature de la masse volumique du fluide et de sa tension superficielle. Trois configurations, qui diff\`erent par la forme de la cellule contenant le fluide ou par la localisation du chauffage du fluide, sont \'etudi\'ees. Chacune de ces configurations met en \'evidence un aspect diff\'erent du m\'ecanisme responsable de la d\'estabilisation de l'\'ecoulement. Dans la premi\`ere configuration, le fluide est contenu dans une cavit\'e rectangulaire beaucoup plus longue que large et dont les deux parois verticales les plus longues sont diff\'erentiellement chauff\'ees. Une premi\`ere approche du probl\`eme consiste \`a n\'egliger l'influence des parois verticales thermostat\'ees et \`a \'etudier la stabilit\'e de l'\'ecoulement se d\'eveloppant dans le centre de la cellule. Les longueurs d'ondes, fr\'equences, directions de propagation et seuils d'instabilit\'e des modes instables stationnaires ou oscillants obtenus th\'eoriquement sont compar\'es aux structures observ\'ees exp\'erimentalement. Les m\'ecanismes d'instabilit\'e sont essentiellement li\'es \`a la forme du profil vertical de temp\'erature dans le fluide, et une attention particuli\`ere est apport\'ee \`a la description des \'echanges termiques entre le fluide et l'air ambiant. La seconde approche consiste \`a affiner la description de l\'ecoulement de base en prenant en compte l'influence des parois verticales. La seconde configuration est une cellule annulaire dont les parois cylindriques verticales sont diff\'erentiellement chauff\'ees. Les r\'esultats obtenus dans la cellule rectangulaire se transposent dans la cellule annulaire en repla\c cant le gradient thermique constant de la g\'eom\'etrie rec\-tangulaire par celui de la g\'eom\'etrie annulaire, inversement proportionnel \`a la distance radiale. L'introduction de param\`etres locaux permet de montrer que l'instabilit\'e se d\'eveloppoe d'abord pr\`es du cylindre int\'erieur. Dans la derni\`ere configuration, la couche de fluide est chauff\'ee par un fil \'electrique immerg\'e parall\`element \`a la surface libre. Le d\'eveloppement d'un \'ecoulement vertical ascendant au dessus du fil induit une d\'eformation de la surface libre, s'ajoutant aux m\'ecanismes d'instabilit\'e des configurations pr\'ec\'edentes.
Année de publication : 1997
Thse
Soutenance de thse : Université Paris VI ; 1997-10-22
Langue : Français
NB : Mécanique
Editeurs : Normand C.

 

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