ETUDE DU REGIME TURBULENT EN CONVECTION DE RAYLEIGH-BENARD DANS L'HELIUM LIQUIDE OU GAZEUX AUTOUR DE 5 K PDF Download
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Author: XAVIER.. CHAVANNE
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
UN VOLUME D'HELIUM A BASSE TEMPERATURE (ENTRE 2 ET 7 K), ENFERME DANS UNE CELLULE CYLINDRIQUE DE 20 CM DE HAUTEUR ET 10 CM DE DIAMETRE, EST CHAUFFE PAR LE BAS. LE GRADIENT DE TEMPERATURE, 1 MK
Author: XAVIER.. CHAVANNE
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Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
UN VOLUME D'HELIUM A BASSE TEMPERATURE (ENTRE 2 ET 7 K), ENFERME DANS UNE CELLULE CYLINDRIQUE DE 20 CM DE HAUTEUR ET 10 CM DE DIAMETRE, EST CHAUFFE PAR LE BAS. LE GRADIENT DE TEMPERATURE, 1 MK
Author: T. Kambe
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9780792367116
Category : Science
Languages : en
Pages : 430
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Book Description
This volume contains the papers presented at the IUTAM Symposium on Geometry and Statistics of Turbulence, held in November 1999, at the Shonan International Village Center, Hayama (Kanagawa-ken), Japan. The Symposium was proposed in 1996, aiming at organizing concen trated discussions on current understanding of fluid turbulence with empha sis on the statistics and the underlying geometric structures. The decision of the General Assembly of International Union of Theoretical and Applied Mechanics (IUTAM) to accept the proposal was greeted with enthusiasm. Turbulence is often characterized as having the properties of mixing, inter mittency, non-Gaussian statistics, and so on. Interest is growing recently in how these properties are related to formation and evolution of struc tures. Note that the intermittency is meant for passive scalars as well as for turbulence velocity or rate of dissipation. There were eighty-eight participants in the Symposium. They came from thirteen countries, and fifty-seven papers were presented. The presenta tions comprised a wide variety of fundamental subjects of mathematics, statistical analyses, physical models as well as engineering applications. Among the subjects discussed are (a) Degree of self-similarity in cascade, (b) Fine-scale structures and degree of Markovian property in turbulence, (c) Dynamics of vorticity and rates of strain, (d) Statistics associated with vortex structures, (e) Topology, structures and statistics of passive scalar advection, (f) Partial differential equations governing PDFs of velocity in crements, (g) Thermal turbulences, (h) Channel and pipe flow turbulences, and others.
Author: Philippe-Emmanuel Roche (auteur en physique).)
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce memoire analyse le phenomene de convection turbulente dans diverses cellules de rayleigh-benard remplies d'helium gazeux et liquide. Une des specificites de cette etude est sa mise en uvre en environnement cryogenique, afin de beneficier de conditions experimentales optimales, tant en terme de controle thermique qu'en terme de plage de variation des parametres de controle : les nombres de prandtl (pr) et de rayleigh. Ce dernier est en particulier explore sur plus de 11 decades. Trois contributions principales se degagent de cette etude. Tout d'abord, la mise en evidence d'un effet de conduction determinant du a la paroi laterale. Neglige dans les travaux anterieurs, cet effet est etudie experimentalement puis modelise. Il permet de lever certaines incoherences apparues dans des publications de references. En outre, le re-examen de publications anterieures conforte l'idee que le nombre de nusselt (nu) depend du nombre de rayleigh suivant une loi de puissance d'exposant superieur a 0,3, plutot que 2/7 par exemple. La deuxieme contribution porte sur l'influence du nombre de prandtl, analysee sur une decade et demie (0,7
Author: François Heslot
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Languages : fr
Pages : 135
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ETUDE D'UN ECOULEMENT CONVECTIF DE RAYLEIGH-BENARD EN PETITE BOITE; LE FLUIDE EST DE L'HELIUM GAZEUX A 5K A UNE PRESSION DE 1 A 600 MM HG. MESURES DE TEMPERATURE A L'AIDE DE DEUX CAPTEURS LOCAUX. MISE EN EVIDENCE DE DEUX TRANSITIONS MARQUEES. POUR UN NOMBRE DE RAYLEIGH DE 2 X 10**(5), ON OBSERVE UNE PERTE DE COHERENCE OUTRE LES SIGNAUX DONNES PAR LES 2 CAPTEURS ET UNE AUGMENTATION DE LA DIMENSION FRACTALE CORRESPONDANT A UNE INSTABILITE DE COUCHE LIMITE. POUR UN NOMBRE DE RAYLEIGH DE 3 X 10**(7), APPARITION D'UN DOMAINE BASSE FREQUENCE AUTOSIMILAIRE DANS LES SPECTRES DE FOURIER DES SIGNAUX DE TEMPERATURE
Author: Gilbert Accary
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9783841799562
Category :
Languages : fr
Pages : 272
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Cet ouvrage présente l'état de l'art des simulations numériques tridimensionnelles de la convection de Rayleigh-Bénard dans les fluides supercritiques. Un modèle mathématique inspiré des études antérieures est proposé pour une meilleure prédiction de la stabilité hydrodynamique d'une couche de fluide supercritique chauffée par le bas, puis un code de calcul 3D de type volumes finis permettant la prédiction de la convection naturelle dans un fluide supercritique est décrit. Le reste de l'ouvrage est consacré à l'étude de la configuration de Rayleigh-Bénard: une analyse détaillée est d'abord faite des mécanismes d'instabilité des couches limites thermiques qui se développent le long des parois horizontales, puis une description spatio-temporelle de l'écoulement est faite depuis le début du régime convectif jusqu'à l'établissement d'un état statistiquement stationnaire de transfert thermique. Enfin, des simulations de la convection de Rayleigh-Bénard dans l'hélium-3, correspondant à des expériences réalisées aux Etats-Unis, sont effectuées et les similitudes et les différences avec les résultats expérimentaux sont discutées.
Author: Frédéric Gauthier
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Languages : fr
Pages : 154
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Cette thèse est consacrée à l'étude de la convection turbulente pour des nombres de Rayleigh (Ra) pouvant atteindre 10^14 grâce à l'utilisation de l'hélium cryogénique. Nous nous intéressons plus particulièrement au régime de convection apparaissant pour Ra≈10^12. Ce régime a été observé et interprété à Grenoble il y a une dizaine d'années, comme la transition vers le Régime Ultime de la convection prédit par R. Kraichnan en 1962. Deux signatures de ce régime avaient alors été observées : une augmentation du nombre de Nusselt (Nu) ainsi qu'un changement qualitatif sur les fluctuations de température dans le cœur de la cellule, cette dernière signature ayant été contestée en invoquant un effet de taille de capteurs. Dans un premier temps, nous confirmons la transition déjà observée sur les mesures locales de température, à partir de mesures réalisées avec un thermomètre dix fois plus petit. Ce résultat est complété par une étude de l'influence de la taille des thermomètres sur les mesures. Des thermomètres dont la taille varie de 17 microns à 2 mm ont été fabriqués dans ce but. Ensuite, nous observons indirectement une instabilité de la couche limite thermique, en accord avec les prédictions sur le Régime Ultime. Cette observation est réalisée à partir de mesures des fluctuations de température de la plaque inférieure de la cellule. Cette transition et celle sur Nu interviennent pour le même Ra. Enfin, nous écartons l'hypothèse selon laquelle la transition observée sur le transfert thermique serait associée à une transition de l'écoulement à grande échelle dans la cellule, grâce à une caractérisation de cet écoulement avant et après la transition.
Author: Viswa Maitreyi Moturi
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Languages : en
Pages : 0
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The present work focuses on two common fluid flow problems namely, Turbulent Rayleigh-Bénard Convection and Path instability of rising bubbles immersed in a liquid. Concerning Rotating Turbulent Rayleigh-Bénard Convection, the flow field and temperature field were measured respectively by Particle Image Velocimetry (PIV) and Laser Induced Fluorescence (LIF) in a vertical plan of symmetry of our cylindrical cell of aspect ratio 1. The weakening of the Large Scale Circulation with decreasing Rossby number - leading to its complete disappearance - was confirmed as well as the formation of vortex columns in the rotation dominated regime. By doing velocity cross correlations, it has been possible to prove experimentally that the vorticity of the columns change direction in the cell's center. The velocity fluctuations in the cell are highly anisotropic and follow a scaling of Ro0.2 in the rotation affected regime. The temperature of the vortex columns as well as of individual plumes has been estimated by LIF measurements. Concerning the Path instability of rising bubbles, small bubbles rise in straight path, whereas beyond a critical size, bubbles rise in zigzag or helical path. Some new experimental points on the marginal stability curve have been obtained by working in silicon oils of 5 and 10 cst and in water. The agreement with the most recent numerical simulations is only partial. The rise velocity, frequency and amplitude of oscillation have also been measured and suggest a supercritical Hopf bifurcation.
Author: SIMONE.. CIONI
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Languages : fr
Pages : 250
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CE TRAVAIL EXPERIMENTAL EST CONSACRE A L'ETUDE DE LA CONVECTION DE RAYLEIGH-BENARD (COUCHE DE LIQUIDE CONFINEE ENTRE DEUX PAROIS HORIZONTALES SOUMISE A UN GRADIENT VERTICAL DE TEMPERATURE) EN REGIME DE TURBULENCE DEVELOPPEE. L'EXPERIENCE MENEE DANS UNE CELLULE CONVECTIVE A GEOMETRIE CYLINDRIQUE DE 21,3 CM DE HAUTEUR ET RAPPORT D'ASPECT 1 A COMME BUT D'ETUDIER LA CONVECTION DANS LE MERCURE (A FAIBLE NOMBRE DE PRANDTL PR = 0,025), LA COMPARAISON AVEC DES EXPERIENCES DANS L'EAU (PR = 7). LE NOMBRE DE RAYLEIGH OBTENU DANS LE MERCURE, RA 3 10**(9), DEPASSE LARGEMENT CE QUI AVAIT ETE ATTEINT AUPARAVANT. LE CAS DES FAIBLES PR EST IMPORTANT POUR SES APPLICATIONS TANT INDUSTRIELLES (ELABORATION DES METAUX, ECHANGES THERMIQUES AVEC LE SODIUM LIQUIDE), QUE GEOPHYSIQUES (NOYAU TERRESTRES) ET ASTROPHYSIQUES (CONVECTION DANS LES ETOILES). NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA FORMATION SPONTANEE D'UN ECOULEMENT MOYEN, INHERENTE AU MECANISME DE CONVECTION. LA STRUCTURE SPATIALE ET LA DYNAMIQUE DE CET ECOULEMENT ONT ETE ANALYSEES, AINSI QUE SON INFLUENCE SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES. NOUS AVONS PAR AILLEURS MESURE DANS CETTE EXPERIENCE LE FLUX DE CHALEUR GLOBAL EN FONCTION DU NOMBRE DE RAYLEIGH. NOUS AVONS DE PLUS ETUDIE LES FLUCTUATIONS LOCALES DE TEMPERATURE A L'INTERIEUR DE LA CELLULE, LEUR SPECTRE D'ENERGIE ET SES PROPRIETES D'INTERMITTENCE, POUR CARACTERISER LA DYNAMIQUE DE LA TURBULENCE. DANS LE MERCURE LA TEMPERATURE SE COMPORTE COMME UN SCALAIRE PASSIF (SPECTRES DE KOLMOGOROV K**(-5/3), TANDIS QU'ELLE A UN ROLE ACTIF DANS L'EAU, AVEC DES SPECTRES DE BOLGIANO EN K**(-7/5)
Author: Sebastian Moller
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Languages : en
Pages : 0
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Die Untersuchung von thermisch induzierten Strömungen hat in den letzten Jahrzehnten eine enorme Aufmerksamkeit erfahren, um geophysikalische und astrophysikalische Systeme besser verstehen zu können. Hierfür hat sich das sogenannte Rayleigh-Bénard Modell als eines der meist untersuchten fluidmechanischen Systeme etabliert, da es die kaum abzubildende Komplexität von natürlichen Systemen in ihrer Mannigfaltigkeit auf ein Fluidvolumen reduziert, welches von unten isotherm erwärmt und von oben isotherm gekühlt wird. Trotz dieser Reduzierung an Komplexität können mit diesem Modell die wesentlichen Eigenschaften von thermischer Konvektion abgebildet werden. Die Strömung in einem solchen System, welche als Rayleigh-Bénard Konvektion bekannt ist, weist Strömungsstrukturen auf unterschiedlichsten Längenskalen auf. In der vorliegenden Arbeit werden die sogenannten Superstrukturen untersucht. Diese sich in horizontaler Richtung weit erstreckenden Strukturen treten in Erscheinung, wenn die horizontale Dimension der Fluidschicht wesentlich größer als der vertikale Abstand zwischen der erwärmten Unterseite und der gekühlten Oberseite ist. Da die Superstrukturen bisher im Wesentlichen anhand von numerischen Simulationen untersucht wurden, soll in dieser Arbeit erstmals vom experimentellen Standpunkt ein besserer Eindruck gewonnen werden. Zur Untersuchung der Superstrukturen wird eine Rayleigh-Bénard Zelle mit den Abmessungen l × w × h = 700 mm × 700 mm × 28 mm und folglich mit einem Aspektverhältnis von [Gamma] = l/h =25 aufgebaut. Bei allen Experimenten wird diese Zelle mit Wasser als Arbeitsmedium befüllt. Um die Rayleigh-Bénard Strömung zu untersuchen, werden thermochrome Flüssigkristalle als Impfpartikel der Strömung beigefügt, sodass simultane Messungen des Temperatur- und Geschwindigkeitsfeldes in horizontalen Ebenen der Zelle vorgenommen werden können. Während das Geschwindigkeitsfeld mittels der Bewegung der thermochromen Flüssigkristalle im zeitlichen Verlauf anhand der etablierten Partikelbild-Geschwindigkeitsmessung (Particle Image Velocimetry) bestimmt wird, basiert die Messung des Temperaturfelds auf der farblichen Erscheinung der thermochromen Flüssigkristalle, welche unter der Beleuchtung von Weißlicht temperaturabhängig ist. Im Hinblick auf die genaue Bestimmung der Temperatur wird diese Messtechnik umfänglich charakterisiert, wobei die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit diskutiert werden. Da die Untersuchung der turbulenten Superstrukturen mittels dieser Messtechnik den optischen Zugang zur flachen Rayleigh-Bénard Zelle erfordert, ist der Aufbau speziell konstruiert und ermöglicht die Beobachtung der Strömung durch eine transparente Kühlplatte. Der Entwicklungsprozess wird in der Arbeit aus ingenieurstechnischer Sicht genauestens erklärt. Bei der Auswertung der Messungen kommen die großskaligen Strukturen sowohl im Temperaturfeld als auch im Geschwindigkeitsfeld zum Vorschein. Die Größe der Superstrukturen wird untersucht in Abhängigkeit der Rayleigh-Zahl Ra, welche den thermischen Antrieb der Strömung beschreibt und in der vorliegenden Arbeit etwa im Bereich 2 × 10^5 ≤ Ra ≤ 2 × 10^6 variiert wird. Auf der Basis dieser Messungen, welche jeweils einen großen Zeitraum abdecken, wird das Langzeitverhalten der Superstrukturen analysiert, womit deren langsam voranschreitende Umstrukturierung gezeigt wird. Da die kombinierte Messung des Temperatur- und Geschwindigkeitsfeldes in den horizontalen Messebenen die Berechnung des lokalen Wärmestroms ermöglicht, wird diese Möglichkeit ebenfalls demonstriert. Um die experimentellen Ergebnisse dieser Arbeit bewerten zu können, werden jene mit den Resultaten aus numerischen Simulationen verglichen.
Author: Zineddine Kebiche
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Category :
Languages : fr
Pages : 133
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Book Description
Dans ce travail de thèse, nous proposons d'étudier la convection de Rayleigh-Bénard dans les fluides non newtoniens et plus précisément, l'influence des paramètres rhéologiques (le degré de rhéofluidification et la vitesse de cisaillement critique pour les fluides rhéofluidifiants, et de la contrainte seuil pour les fluides à seuil) sur le déclenchement et l'évolution des instabilités thermoconvectives. Les principales difficultés proviennent des comportements non linéaires des fluides dont les propriétés peuvent varier avec le taux de cisaillement. Les travaux de la thèse portent sur l'étude expérimentale de la convection de Rayleigh-Bénard dans le cas des fluides non newtoniens (Carbopol 980 et CMC). Pour différentes puissances de chauffe P, en combinant les mesures des différences de température entre les deux plans horizontaux parallèles, et la mesure locale du champ de vitesse au sein du fluide (par DPIV), deux régimes distincts ont été observés. Pour des puissances de chauffe inférieures à une valeur critique Pc, un régime de conduction pure est observé. Une augmentation progressive de la puissance de chauffe au-delà de ce seuil révèle l'apparition d'un régime convectif qui se manifeste par une dépendance non linéaire de la différence de température avec la puissance de chauffe. En parallèle de cette observation, les mesures locales du champ de vitesse explorent la nature de la bifurcation vers le régime convectif dans le cas des deux fluides utilisés. Les résultats obtenus dans cette thèse sont comparés à ceux existant dans la littérature.
