Conditions aux limites dans un gaz raréfié: loi de réflexion à la paroi, saut de température, vitesse de glissement, couche de Knudsen - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Boundary conditions in rarefied gas flows: scattering kernel, temperature jump, slip velocity, Knudsen layer problem

Conditions aux limites dans un gaz raréfié: loi de réflexion à la paroi, saut de température, vitesse de glissement, couche de Knudsen

Résumé

This thesis deals with the problem of gas/wall interaction and boundary conditions in rarefied gas flows. Recent developments in microsytems and atmospheric re-entry flight let appear new flow fields where boundary conditions are very important. These boundary conditions should be basically derived from gas kinetic theory. During this thesis, we developed a model of kinetic boundary conditions for unstructured/structured molecules gas flows in the gas surface interaction field. The proposed kinetic boundary conditions were based on some mathematical integral formulations of the problem, supported by phenomenological descriptions.
Then, the kinetic boundary conditions were used to describe hydrodynamic boundary conditions through the problem of temperature jump and slip velocity at the solid body. The Knudsen layer (which is a thin layer close to the wall) is also briefly described. Finally, the proposed kinetic boundary conditions are used in drag coefficient calculation, for higher altitude hypersonic flows in the free molecular regime, and in some particular flow predictions. Comparisons are made with other models and experiments.
Cette thèse aborde le problème de l'interaction gaz/paroi et des conditions aux limites en écoulement de gaz raréfié. Les écoulements dans les microsystèmes et les écoulements autour des engins spatiaux en rentrée atmosphérique ont démontré l'insuffisance des concepts utilisés dans la formulation des conditions aux limites hydrodynamiques existantes. Dans ce travail, nous avons élaboré, dans un premier temps, des modèles
de conditions aux limites cinétiques, en développant de manière originale la théorie de " scattering kernel " bien connue dans le domaine de la recherche de conditions aux limites pour l'équation de Boltzmann. Ces modèles sont développés d'une part pour un gaz monoatomique et d'autre part pour un gaz de molécules complexes. Les démonstrations font appel à des formulations intégrales et à une description basée sur la théorie des opérateurs. Elles introduisent la notion de coefficient d'accommodation
propre à chaque degré de liberté. Dans un deuxième temps nous avons utilisé ces conditions aux limites
cinétiques pour établir des conditions aux limites hydrodynamiques : saut de température
- glissement de vitesse. Nous abordons également le problème de la couche limite cinétique (couche de Knudsen) et de la prédiction du flux de chaleur à la paroi. Finalement ces conditions aux limites sont utilisées pour les calculs de coefficients aérodynamiques et de quelques types d'écoulements particuliers. Les résultats sont comparés à ceux donnés par d'autres modèles, ainsi qu'aux résultats expérimentaux.
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Dates et versions

tel-00011266 , version 1 (29-07-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011266 , version 1

Citer

S. Kokou Dadzie. Conditions aux limites dans un gaz raréfié: loi de réflexion à la paroi, saut de température, vitesse de glissement, couche de Knudsen. Physique mathématique [math-ph]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011266⟩
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