Turbulent thermic convection in a Rayleigh-Bénard cryogenic cell - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Turbulent thermic convection in a Rayleigh-Bénard cryogenic cell

Convection thermique turbulente en cellule de Rayleigh-Bénard cryogénique

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Abstract

This dissertation examines turbulent thermal convection in various Rayleigh-Bénard cells, using gaseous and liquid helium. One of the specificities of this work is a cryogenics implementation, in order to benefit from an optimal experimental environment in terms of thermal control as well as in terms of range of variation of the control parameters : the Prandtl and Rayleigh numbers. Particularly, the latest is explored over more than 11 decades. Three main contributions emerge from this study. Firstly, we evidence a meaningful effect of side wall conduction. Neglected in previous studies, this effet is explored experimentally and a model is derived. Incoherences which appeared in reference publications are explained. In addition, a new analysis of the literature -through this modeling- points out that the Nusselt (Nu) number depends on the Rayleigh number according to a power law which exponent is higher than 0,3, rather than 2/7 for exemple. The second contribution pertains to Prandtl number influence over one decade and an half (0,7
Ce mémoire analyse le phénomène de convection turbulente dans diverses cellules de Rayleigh-Bénard remplies d'hélium gazeux et liquide. Une des spécificités de cette étude est sa mise en oeuvre en environnement cryogénique, afin de bénéficier de conditions expérimentales optimales, tant en terme de contrôle thermique qu'en terme de plage de variation des paramètres de contrôle : les Nombres de Prandtl (Pr) et de Rayleigh. Ce dernier est en particulier exploré sur plus de 11 décades. Trois contributions principales se dégagent de cette étude. Tout d'abord, la mise en évidence d'un effet de conduction déterminant dû à la paroi latérale. Négligé dans les travaux antérieurs, cet effet est étudié expérimentalement puis modélisé. Il permet de lever certaines incohérences apparues dans des publications de références. En outre, le ré-examen de publications antérieures conforte l'idée que le Nombre de Nusselt (Nu) dépend du Nombre de Rayleigh suivant une loi de puissance d'exposant supérieur à 0,3, plutôt que 2/7 par exemple. La deuxième contribution porte sur l'influence du Nombre de Prandtl, analysée sur une décade et demie (0,7
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Dates and versions

tel-00001894 , version 1 (30-10-2002)

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  • HAL Id : tel-00001894 , version 1

Cite

Philippe-Emmanuel Roche. Convection thermique turbulente en cellule de Rayleigh-Bénard cryogénique. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001894⟩

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