Les propriétés de l'écoulement turbulent confiné dans une cavité délimitée par deux disques parallèles coaxiaux dont l'un est en rotation sont très sensibles à la géométrie périphérique du système. De récentes études ont montré que l'écoulement en bloc prévu par la théorie de Batchelor n'est pas systématiquement observé lorsque la cavité est isolée, c'est à dire non soumise à un flux forcé. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ce phénomène et d'étendre le cadre de l'étude au cas d'un écoulement centripète forcé. La première partie du travail aborde l'aspect théorique du problème. Un premier bilan des échanges de fluide dans les couches limites est réalisé à partir des solutions stationnaires de l'écoulement sur un disque, développées par von Kármán et Bödewadt. Ces solutions sont couplées à de nouvelles hypothèses permettant de tenir compte des échanges de flux hors couches limites et du taux de pré-rotation du fluide. Nous obtenons ainsi des solutions analytiques originales pour les distributions radiales du coefficient d'entraînement du fluide dans le noyau central, de la pression statique pariétale et de la pression totale, que la cavité soit isolée ou soumise à un flux radial forcé. La seconde partie est consacrée aux moyens expérimentaux et numériques nécessaires à la validation de ces solutions théoriques. Elle inclut d'abord une description de l'installation expérimentale, des techniques de mesure, et du programme d'essais réalisé dans le cadre de cette thèse. Les simulations numériques sont réalisées à l'aide du code de calcul industriel FLUENT. Les détails concernant le choix du domaine de calcul, le maillage, les conditions aux limites et le modèle de turbulence retenus sont ensuite fournis. La validation des solutions théoriques fait l'objet des deux derniers chapitres, respectivement consacrés aux cas de la cavité isolée et soumise à un écoulement centripète forcé. L'accord obtenu entre l'expérience, les résultats numériques et la théorie est généralement très bon, ce qui nous conforte dans le choix de nos hypothèses. L'analyse des résultats permet en particulier de comprendre le mécanisme d'apparition de l'écoulement en bloc prévu par Batchelor. Toutefois, l'utilisation des modèles n'est pas universelle car elle nécessite l'ajustement de constantes, pour lesquelles nous tentons de dégager des relations empiriques les plus générales, dans la mesure du possible.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:pastel.archives-ouvertes.fr:pastel-00545605 |
| Date | 03 December 2010 |
| Creators | Abdel Nour, Fadi |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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