Etude d'un écoulement en précession. Transition vers la turbulence et application à l'effet dynamo. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Study of a precessing flow. Transition to turbulence and application to dynamo effect.

Etude d'un écoulement en précession. Transition vers la turbulence et application à l'effet dynamo.

Waleed Mouhali
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 871887

Résumé

In the perspective to make a dynamo experiment, we study the precessing forcing flow in a cylinder (ATER experiment). The effect of precession can be seen as a Kelvin waves modes forcing (linearized solution) with a laminar flow when the precession rate (control parameter) is far the critical violent-breakdown to turbulence transition. However, the PIV studies show a “non linear” regime (from an boundary layer instability) of cyclonic and quasi stationnary vortices in differential rotation. The central symetry breakingcaused by this regime is encouraging for obtaining a dynamo regime.
Cette thèse porte sur l'étude d'un écoulement et de son éventuel intérêt dans la possibilité de réaliser une dynamo fluide expérimentale. A cet effet, des études analytiques, numériques et expérimentales ont été réalisées en géométrie cylindrique. Le choix de la symétrie cylindrique est lié, d'une part, à la possibilité de comparer directement les solutions analytiques, les modes de Kelvin (1880) avec les résultats expérimentaux et, d'autre part, à la commodité du montage au niveau pratique. Des résultats de simulations numériques réalialisées par Pierre Lallemand à l'aide d'un code Boltzman sur réseau ont montré la possibilité d'engendrer, au moyen de la précession, un état de rotation différentielle dans un fluide initialement en état de rotation solide, état d'équilibre naturel pour une colonne de fluide mise en rotation par des parois. Cette thèse porte essentiellement à la caractérisation de la rotation différentielle. Afin de quantifier cette rotation différentielle, un dispositif de mesures PIV a été mis en place sur le cylindre en précession piloté par ordinateur et auquel on peut affecter une vitesse angulairende rotation et une vitesse angulaire de précession. Une fois, la technique de PIV optimisée, une étude préliminaire de validation de traitement des données permettant d'aboutir aux paramètres pertinents du problème a été établi. Elle repose sur l'expérience de Weidman concernant le spin-up d'un cylindre rempli d'eau et dont le champ de vitesse est obtenu par LDV.Le traitement est ensuite adapté au problème de la précession. En outre, la PIV a permis de mettre en évidence 2 régimes d'écoulement bien distinct, pour un allongement différent de celui de la résonance de cavité lié au forçage. C'est le taux de précession !, rapport des vitesses angulaires de précession et de rotation, paramètre de contrôle du problème qui permet de caractériser le domaine d'existence d'un régime. • un régime dominé par la propagation d'ondes inertielles avec un écoulement moyen proche de la rotation solide • un régime pour lequel, la propagation demeure mais l'écoulement moyen est lui dominé par la présence de 3 ou 4 vortex en rotation différentielle les uns par rapport aux autres et jouissant d'un certain nombre de propriétés. Enfin, à une certaine valeur du paramètre de contrôle, une transition brutale vers la turbulence affecte le système. La PIV, pour des raisons de limites de résolutions tant spatiale que temporelle ne permet pas une étude pertinente de ce régime. Pour y remédier, une technique d'interférométrie acoustique a été mise en place dans une soufflerie placée au sein d'une enceinte cylindrique fermée créant un écoulement à la “Von Karman” à l'aide d'une turbine rotative. Une procédure de traitement des données a été établies pour calculer des spectres d'enstrophie et mieux caractériser a turbulence en rotation. L'objectif est d'adapter ce système de mesure au cas de l'écoulement de la précession.
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Dates et versions

tel-00490477 , version 1 (08-06-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00490477 , version 1

Citer

Waleed Mouhali. Etude d'un écoulement en précession. Transition vers la turbulence et application à l'effet dynamo.. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00490477⟩
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