Instabilités et turbulence dans l'écoulement de Taylor-Couette PDF Download

Author: Ahcène Bouabdallah (auteur d'une thèse de sciences.)
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Author: Afshin Goharzadeh
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Ce travail se situe dans le cadre de l'étude de la transition vers la turbulence dans le système de Couette-Taylor (l'écoulement d'un fluide newtonien confiné entre deux cylindres coaxiaux en rotation différentielle) qui peut être soumis à un gradient radial de température. Lorsque les cylindres sont en contrarotation, la première instabilité d'un écoulement isotherme est super-critique et donne lieu à des spirales interpénétrantes. Le motif de ces spirales est décrit par deux équations complexes de Ginzburg-Landau couplées dont nous avons mesuré les coefficients réels en même temps que le coefficient de diffusion de la phase. La seconde instabilité, sous-critique, donne lieu à l'intermittence spacio-temporelle caractérisée par la coexistence de spots turbulents et des zones laminaires, distribués de façon aléatoire dans le temps et l'espace. La dynamique des spots turbulents dépend de la vitesse de rotation des cylindres. Au délà des vitesses de rotation critiques, les spots turbulents se connectent pour former une spirale turbulente dont nous avons étudié la cinématique et la diffusion de la phase. En présence d'un gradient radial de température, dans le cas du cylindre extérieur fixe, la nature et le seuil des instabilités changent. Le couplage des mécanismes de destabilisation d'origine thermique et centrifuge engendre des spirales dont les caractéristiques dépendent du gradient radial de température et de la vitesse de rotation du cylindre intérieur. Nous avons établi le diagramme d'état de ces spirales et mis en évidence les rôles des différents effets, thermique et hydrodynamique, sur l'écoulement.

Author: Michel Prud'homme
Publisher: Presses inter Polytechnique
ISBN: 9782553014079
Category : Science
Languages : fr
Pages : 260

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L'étude de la turbulence constitue sans aucun doute la branche la plus complexe de la mécanique des fluides. L'ouvrage Eléments de turbulence propose un exposé complet du sujet tout en étant concis. Il vise à combler une lacune en présentant dans un texte unifié un ensemble de concepts et d'équations que l'on trouve épars dans des traités ou des articles de périodique souvent inaccessibles pour les non-spécialistes. Le livre s'adresse en premier lieu aux étudiants des cycles supérieurs qui abordent cette discipline après avoir suivi un premier cours de mécanique des fluides. Les ingénieurs praticiens désirant parfaire leurs connaissances y trouveront également une source de renseignements très utile. Dans les deux premiers chapitres, l'auteur se penche sur la transition vers la turbulence, les échelles, l'approche statistique et les hypothèses de fermeture courantes. Les chapitres suivants traitent des solutions de similitude classiques des équations de transport en conduite et en écoulement libre, du raccordement des profils entre les régions de la paroi et du défaut de vitesse, de la turbulence homogène, de l'approche spectrale et des méthodes expérimentales. Outre la présentation théorique, l'ouvrage comporte de nombreux graphiques et illustrations, douze exercices et soixante-quatorze problèmes. [Source : 4e de couv.]

Author: Alexandre Favre
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Category : Fluid mechanics
Languages : fr
Pages : 438

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Author: Joran Rolland
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Languages : fr
Pages : 228

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La thèse propose une étude numérique et une modélisation de la transition vers la turbulence dans l'écoulement de Couette plan. On se concentre particulièrement sur le régime de bandes oblique laminaire turbulentes, au coeur de la transition. On suit deux types d'approches selon le type d'échelles considérées. D'une part on étudie le détail à petite échelle de l'écoulement. A l'aide de DNS, une instabilité de cisaillement créant de la vorticité transverse est mise en évidence, et la vitesse d'advection des perturbations est mesurée. La modélisation de l'écoulement turbulent et cette instabilité vient confirmer ces mécanismes et met en évidence la transition absolue/convective à l'entrée des bandes. une description du maintien de la turbulence en termes de cycle auto-entretenu est proposée. D'autre part, on étudie l'écoulement 'a l'échelle de la bande. Des outils statistiques permettent d'étudier les bandes en termes de formation de motif. L'effet du bruit intrinsèque issu de la turbulence est mis en évidence, en particulier dans les changements d'orientation. La modélisation du motif en termes d'équation de Landau-Langevin et d'équation de Fokker-Planck correspondante fait le parallèle avec les motifs bruités et les phénomènes critiques. Partant de ce modèle on peut comprendre les retournements en termes de temps de premier passage moyen. Finalement, on regarde deux autres types de problèmes en couplant les approches microscopiques et macroscopiques. L'étude des relaminarisations tant au seuil de disparition de la turbulence qu'au seuil d'apparition du motif permet de mettre en évidence les mécanismes de disparition de la turbulence. L'étude de spots turbulents propose un aperçu de leur zoologie et permet d'approcher les mécanismes petite échelle à plus grand nombre de Reynold

Author: PRUD'HOMME Roger
Publisher: Lavoisier
ISBN: 2746295431
Category : Chemical reactions
Languages : en
Pages : 254

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Les écoulements avec réactions chimiques peuvent intervenir dans des domaines variés tels que la combustion, le génie des procédés, l’aéronautique, l’environnement atmosphérique et aquatique. Les exemples d’application choisis dans ce volume portent principalement sur les mélanges réactifs homogènes susceptibles d’intervenir dans les propulseurs, en génie des procédés et en combustion : - propagation du son et écoulements monodimensionnels non diffusifs dans les tuyères pouvant comporter des déséquilibres des modes internes d’énergie des molécules ; - réacteurs chimiques idéaux, stabilisation de leurs points de fonctionnement stationnaires dans le cas homogène à mélange parfait et instruments classiques d’analyse expérimentale et théorique tels les bilans de population, la distribution des temps de séjour et celle des âges ; - flammes laminaires et turbulentes en séparant bien celles qui sont prémélangées de celles qui ne le sont pas et qui ne relèvent pas des mêmes mécanismes, mais qui interviennent conjointement dans le cas des flammes triples. Écoulements et réactions chimiques 2 apporte également des précisions sur l’analyse dimensionnelle, la thermodynamique statistique avec couplage entre modes internes d’énergie et réactions chimiques, l’apparition et la dissipation de la turbulence fluide ainsi que son traitement statistique, les bifurcations, les flammes en milieu confiné et de diffusion.

Author: MOHAMED.. EL ANADOULI
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Languages : fr
Pages : 128

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CE MEMOIRE EST CONSACRE A L'ETUDE DES INSTABILITES IMPARFAITES DE L'ECOULEMENT DE COUETTE-TAYLOR EN GEOMETRIE FINE ET A FAIBLE VITESSE DE ROTATION. DANS LE PREMIER CHAPITRE, NOUS EFFECTUONS L'ANALYSE DE LA STABILITE LINEAIRE POUR DIFFERENTS RAPPORTS DE RAYONS QUI DEFINIT LES PARAMETRES CRITIQUES DE L'ECOULEMENT. POUR TENIR COMPTE DES EFFETS DE BORDS NOUS RECOURRONS A L'ANALYSE QUASI-LINEAIRE. CES EFFETS SE TRADUISENT PAR LA PRESENCE DU TERME QUADRATIQUE DANS L'EQUATION DE GINZBURG-LANDAU. CECI FAIT L'OBJET DE NOTRE DEUXIEME CHAPITRE. LE TROISIEME CHAPITRE EST CONSACRE A LA DESCRIPTION DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS AINSI QU'A LA METHODE DE RESOLUTION DE NOTRE SYSTEME (VARIANTE D'ALGORITHME D'UZAWA). DANS LE QUATRIEME CHAPITRE, NOUS RETROUVONS LES RESULTATS DE LA SIMULATION POUR QUELQUES RAPPORTS D'ASPECT AVEC LE CYLINDRE EXTERIEUR TOURNANT OU FIXE. NOUS RETROUVONS EGALEMENT UNE COMPARAISON QUALITATIVE SIMULATION-VISUALISATION EXPERIMENTALE. ENFIN, LE DERNIER CHAPITRE EST CONSACRE A LA COMPARAISON ENTRE LES RESULTATS DE LA SIMULATION NUMERIQUE ET LES RESULTATS DE LA THEORIE QUASI-LINEAIRE. NOUS FINISSONS PAR UNE APPROCHE NUMERIQUE DE LA SOLUTION DE BASE EN GEOMETRIE FINE

Author: Nathanaël Schaeffer
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Nous développons un modèle quasi-géostrophique (QG) amélioré en moyennant l'équation de Navier-Stokes le long de l'axe de rotation. Il permet de modéliser des fluides barotropes en rotation rapide dans un récipient axisymétrique de pente finie. Ce modèle QG est utilisé pour étudier les instabilités d'une couche de cisaillement (couche de Stewartson). Nous montrons que la pente est le paramètre clé de l'instabilité, qui prend la forme d'ondes de Rossby. En plus de la viscosité, nous avons implémenté une friction d'Ekman réaliste (à partir de la formule de Greenspan) à notre modèle QG. Ceci nous permet d'atteindre des régimes d'écoulement tournants très turbulents, avec une dissipation réaliste à toutes les échelles. Nous observons des des spectres très raides (loi puissance -5, correspondant à la turbulence d'ondes de Rossby) et des régimes stationnaires. Ces écoulements sont des dynamos qui sont relativement faciles à démarrer, pour des nombres de Prandtl magnétiques (Pm) modérés très faibles. l'action dynamo semble s'étendre pour Pm arbitrairement petit, avec un nombre de Reynolds magnétique critique (Rm) approximativement constant. L'aspect ondulatoire de l'écoulement est ici indispensable pour obtenir une dynamo. Enfin, nous essayons d'ajouter la force de Lorentz à notre modèle de dynamo QG. Nous trouvons que la nature ondulatoire de l'écoulement turbulent ne permet pas d'utiliser une approximation diffusive aux petites échelles.

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Category : Fluid mechanics
Languages : en
Pages : 536

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Author: El Alioune Faye
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Ce travail est une étude expérimentale permettant de mettre en évidence la cartographie générale de l'ensemble des états d'écoulement obtenus entre le régime laminaire de Couette et la turbulence. L'ensemble des expériences a été réalisé dans un dispositif appelé système Taylor-Couette (STC), composé de deux cylindres concentriques avec le cylindre intérieur tournant. Ces différentes instabilités (SPI, TVF, WVF, MWVF, TTVF), qui dépendent principalement du nombre de Taylor (Ta), seront obtenues avec ou sans débit axial dans le STC selon des protocoles d'analyse bien définis et nous notons que le nombre de Reynolds axial (Reax) a un effet de stabilisation de l'écoulement. Les vortex de Taylor toroïdaux, ondulés ou ondulés modulés, ont été caractérisés en termes de gradient pariétal de vitesse, de nombre d'ondes, de longueur d'ondes axiales et azimutales, de la vitesse de déplacement axial, de fréquence et de la vitesse de révolution ; la polarographie sera utilisée comme technique de mesure. La vitesse du cylindre intérieur (Ta) est essentiellement le seul phénomène agissant sur l'évolution de ces paramètres. L'utilisation de la sonde tri-segmentée dans la caractérisation des structures tourbillonnaires a contribué à la compréhension des mécanismes d'interaction vortex-paroi et à la détermination des composantes azimutale et axiale du gradient pariétal de vitesse.