Thèse soutenue

Influence de l’acoustic streaming sur les instabilités des écoulements chauffés latéralement
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Auteur / Autrice : Walid Dridi
Direction : Hamda BenhadidDaniel Henry
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

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Résumé

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Le contrôle des instabilités dans le bain fondu lors de la croissance cristalline est un processus important pour l’obtention de cristaux de qualité. Outre le recours à la microgravité ou l’application d’un champ magnétique constant ou tournant, l’application d’un champ acoustique qui génère un écoulement connu sous le nom d’acoustic streaming peut aussi être un moyen de contrôle de ces instabilités. Dans ce mémoire de thèse, l’effet de l’acoustic streaming sur la structure des écoulements convectifs dans les bains fondus ainsi que sur leurs propriétés de stabilité a été étudié. Deux configurations on été considérées mettant en jeu des fluides de faible nombre de Prandtl (métaux liquides) chauffés latéralement. Tout d’abord le cas d’une couche fluide confinée entre deux plaques planes horizontales d’extension infinie et ensuite le cas d’un fluide au sein d’une cavité parallélépipédique 3D de section carrée. Dans le cas de la couche fluide d’extension infinie, les profils de vitesse et de température de base sont calculés analytiquement et leurs propriétés de stabilité sont déterminées à l’aide d’un code de stabilité basé sur la méthode spectrale Tau-Chebyshev. Les diagrammes de stabilité obtenus montrent l’influence de l’intensité acoustique, de la dimension de la source acoustique ainsi que de son décentrement : des effets de stabilisation sont mis en évidence sur certaines gammes de paramètres, et ces effets sont ensuite analysés par analyse énergétique. Dans le cas de la cavité 3D, les différents écoulements ont été déterminés à l’aide d’un code de simulation numérique directe aux éléments spectraux couplé à une méthode de continuation. Les résultats du cas thermique pur ainsi de l’effet du champ acoustique sur ces écoulements convectifs sont présentés sous forme de diagrammes de bifurcation qui présentent l’évolution des écoulements en fonction du nombre de Grashof. Une attention particulière est portée à l’étude des points de bifurcation stationnaire et oscillatoire et à leur variation en fonction de l’intensité acoustique, du rapport de forme de la cavité et du nombre de Prandtl. Des effets de stabilisation par l’acoustic streaming sont obtenus, mais ils ne sont pas systématiques