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Thèse soutenue

Convection thermique turbulente en cellule de Rayleigh-Bénard cryogénique

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Auteur / Autrice : Philippe-Emmanuel Roche
Direction : Bernard Castaing
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 2001
Etablissement(s) : Grenoble 1

Résumé

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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<pr<21). On trouve une dependance tres faible de nu avec pr, en accord avec certains travaux experimentaux realises sur des plages de parametres plus restreintes, et incompatible avec les trois theories les plus etudiees. Enfin, nous rapportons la premiere observation du regime ultime de convection dans sa limite asymptotique, en accord avec une prediction de kraichnan vieille de 40 ans.