Instabilités d'interfaces fluides en apesanteur spatiale lors d'un changement brutal ou périodique d'accélération
Auteur / Autrice : | Gurunath Gandikota Vs |
Direction : | Daniel Beysens, Sakir Amiroudine |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique appliquée |
Date : | Soutenance le 16/12/2013 |
Etablissement(s) : | Grenoble |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Département des systèmes basses températures (Grenoble ; 1957-....) |
Jury : | Président / Présidente : Jérôme Duplat |
Examinateurs / Examinatrices : Denis Chatain, Stéphan Fauve, Tatyana Lyubimova | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Zappoli, Valentina Shevtsova |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
L'étude du comportement d'un fluide proche de son point critique et soumis à des vibrations ou une variation rapide de gravité/acceleration est un sujet extrêmement intéressant. Les phénomènes physiques impliqués sont d'un grand intérêt non seulement pour la physique fondamentale mais aussi pour l'industrie spatiale. Dans cette thèse, trois problèmes sont principalement trait&s: (i) Etude de l'interaction de vibrations harmoniques avec une couche limite thermique dans un fluide supercritique en absence de gravité, (ii) Etude de l'interaction de vibrations avec une interface liquide/vapeur d'un fluide sous−critique sous plusieurs niveaux de gravité (les instabilités de Faraday et d'onde gelée, l'équilibre dynamique d'une interface) et (iii) Etude du phénomène de geyser à l'intérieur d'un réservoir partiellement rempli d'oxygène lorsqu'il est soumis à une variation rapide de la gravité (ou accélération). La thèse comporte une partie expérimentale et une partie numérique. Des expériences ont été réalisées sur les installations HYLDE et OLGA du CEA Grenoble utilisant respectivement les fluides H2 et O2 dans la zone sous−critique. Des simulations numériques sont réalisées pour étudier la stabilité d'une couche limite thermique et la dynamique d'une interface fluide soumise à une variation rapide de la gravité en utilisant des codes numériques basées sur le méthode volumes finis utilisant les algorithmes SIMPLER et VOF−PLIC respectivement. Plusieurs résultats intéressants ont été obtenus. Différents phénomènes ont été étudiés et quantifiés, comme l'instabilité de Faraday et l'instabilité d'onde gelée dans le domaine sous−critique et l'instabilité parametrique et l'instabilité Rayleigh−vibrationnelle dans le domaine supercritique. Les expériences ont permis de bien comprendre les raisons de la transition de l'instabilité de Faraday vers une structuration en bandes verticales très près du point critique. Les expériences et les simulations numériques sur le phénomène de geyser ont aidé à développer des corrélations empiriques pour les vitesses de la bulle et du geyser en prenant en compte les effets des parois.