Etude experimentale de gortler : instabilite secondaire et les effets des tourbillons de gortler sur les phenomenes de transfert thermique

• Auteur / Autrice : Régis Toe
• Direction : Hassan Peerhossaini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Résumé

Ce travail concerne une etude experimentale de l'instabilite de gortler, ses effets sur les transferts thermiques et son mode de destabilisation. Un ecoulement de couche limite laminaire sur paroi concave est soumis a une instabilite centrifuge. Le desequilibre entre les forces dus au gradiant de pression et les forces centrifuges est a l'origine de ce mecanisme d'instabilite. Elle se traduit par la formation de structures tourbillonnaires longitudinales dans l'ecoulement. Cette instabilite est appelee instabilite de gortler. Les etudes menees precedemment sur l'evolution longitudinale de l'instabilite de gortler montrent qu'elle ne permet pas d'elle-meme le passage a la turbulence mais que la transition est liee a la destabilisation temporelle des structures longitudinale, appelee instabilite secondaire. Afin de caracteriser ce mecanisme, une analyse frequentielle des signaux de fluctuation de vitesse obtenue par anemometrie a fil chaud est realisee. Les resultats obtenus mettent en evidence la presence d'une frequence caracteristique de 41hz. L'etude du developpement longitudinal de cette frequence caracteristique de l'instabilite secondaire montre que son taux d'amplification est trois fois superieur a celui de l'instabilite primaire. Le mode variqueux de cette instabilite est aussi mis en evidence par une serie de mesure de fluctuation de vitesse et par une campagne de visualisation. La deuxieme partie concerne l'influence des tourbillons de gortler sur les transferts thermiques. Une maquette thermique permet de chauffer la paroi a une densite de flux constant. Cette maquette est instrumentee de 196 thermocouples permettant de mesurer le champ de temperature parietal de la paroi concave. Ces mesures de temperature permettent de suivre l'evolution du coefficient d'echange dans le sens de l'ecoulement. L'augmentation des transferts thermiques dans le regime laminaire en presence de structures tourbillonnaires par rapport a un ecoulement similaire sur plaque plane est mise en evidence. Une campagne de mesure dans l'ecoulement, a l'aide d'une sonde thermocouple, met en evidence la presence des structures longitudinale et le caractere passif de la temperature. Ces mesures permettent aussi de determiner les valeurs locales et d'analyser l'analogie entre le coefficient de frottement parietal (cf) et le coefficient d'echange thermique (nombre de stanton). Enfin, une etude parametrique de l'influence de la vitesse sur les transferts thermiques a ete realisee.