Stability of complex gravity currents in coastal environment
Stabilité de courants gravitaires complexes en environnement côtier
Résumé
The coast is the contact zone between the continent and the sea. It is therefore likely to collect polluted liquids coming from both the sea and the continent. This thesis considers the case where the intruding liquid which is moved by gravity alone and is called the gravity current, is denser than seawater and therefore flows below it. Liquids are immiscible and have the same viscosity. The hydrodynamic stability of the interface of this liquid/liquid system is addressed both analytically and numerically. The analytical model studies the temporal stability of a small disturbance superimposed at the interface of this liquid/liquid system in order to determine the critical parameters characterizing the appearance of the instability. The numerical study aims to identify the nature of the instabilities created at the interface of a system of two immiscible liquids of different densities in a lock configuration on a horizontal plane. The difference in density is kept fixed while the viscosities are increased to control the initial Reynolds number. The interfacial surface tension is varied to control the initial We-ber number. The competition between stratification and shear leads to a Kelvin-Helmholtz or Holmboe instability at the interface. The answer to this question is to compare the thickness of the velocity gradient and that of the density gradient near the interface. For the case of two non-target liquids, the thickness of the density gradient is equal to zero. In this case, only the interface position and the velocity gradient need to be calculated.
La côte est la zone de contact entre le continent et la mer. Il est donc susceptible de collecter des liquides pollués provenant à la fois de la mer et du continent. Cette thèse considère le cas où le liquide intrusif qui est déplacé par la seule gravité et est appelé le courant de gravité, est plus dense que l'eau de mer et coule donc en dessous de celle-ci. Les liquides sont non miscibles et ont la même viscosité. La stabilité hydrodynamique de l'interface de ce système liquide/liquide est abordée à la fois analytiquement et numériquement. Le modèle analytique étudie la stabilité temporelle d'une petite perturbation superposée à l'interface de ce système liquide/liquide afin de déterminer les paramètres critiques caractérisant l'apparition de l'instabilité. L'étude numérique vise à identifier la nature des instabilités créées à l'interface d'un système de deux liquides non miscibles de densités différentes dans une configuration d'écluse sur un plan horizontal. La différence de densité est maintenue fixe tandis que les viscosités sont augmentées pour contrôler le nombre de Reynolds initial. La tension superficielle interfaciale est variée pour contrôler le nombre de Weber initial. La compétition entre stratification et cisaillement conduit à une instabilité de Kelvin-Helmholtz ou Holmboe à l'interface. La réponse à cette question est de comparer l'épaisseur du gradient de vitesse et celle du gradient de densité près de l'interface. Pour le cas de deux liquides non miscibles, l'épaisseur du gradient de densité est égale à zéro. Dans ce cas, seuls la position de l'interface et le gradient de vitesse doivent être calculés.
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