Dissertations / Theses: 'Instabilités hydrodynamiques'

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Trouvé, Arnaud. "Instabilités hydrodynamiques et instabilités de combustion de flammes turbulentes prémélangées." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1989. http://www.theses.fr/1989ECAP0097.

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Abstract:

Etude des modes de combustion instable observes sur une maquette de statoréacteur ou l'instabilité est le résultat d'interactions complexes entre la dynamique de l'écoulement dans la zone de réaction, les processus de dégagement de chaleur et le comportement acoustique du système confine. Etude des modes hydrodynamiques au cours d'un régime de combustion stable

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Buellet, Anne-Cécile. "Instabilités hydrodynamiques dans l'effondrement du cœur d'une étoile en rotation avant son explosion en supernova." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASP034.

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Abstract:

À la fin de leur vie, les étoiles massives explosent et produisent un phénomène appelé supernova. Tout commence lorsque les réactions de fusion au cœur de l'étoile s'épuisent. Le cœur de l'étoile s'effondre jusqu'à devenir si dense que les forces nucléaires contrebalancent la gravité, créant un rebond. Le cœur interne donne alors naissance à un astre compact, une protoétoile à neutrons (PNS) d'un rayon de ~50 km à sa formation.L'onde de choc générée par ce rebond se propage alors vers les couches extérieures, continuant à s'effondrer. Cependant, l'énergie de ce choc n'est pas immédiatement suffisante pour qu'il atteigne directement la surface de l'étoile. Il devient stationnaire à un rayon de ~ 200 km. L'explosion de l'étoile en supernova dépend de la capacité de ce choc à être relancé pour atteindre la surface de l'étoile. L'interaction entre la matière et les neutrinos joue un rôle essentiel dans cette dynamique. Les neutrinos émis par la PNS peuvent être absorbés par la matière dense se trouvant sous le choc. Le chauffage qui en résulte induit un gonflement du choc. Le développement d'instabilités hydrodynamiques affecte l'efficacité d'absorption des neutrinos sous l'onde de choc stationnaire. Parmi les instabilités, la convection est favorisée par l'établissement d'un gradient négatif d'entropie. Les mouvements convectifs prolongent l'exposition de la matière au flux de neutrinos. D'autre part, l'instabilité du choc d'accrétion stationnaire (SASI) est due à un cycle entre des ondes acoustiques et l'advection des perturbations d'entropie et de vorticité générée par la déformation du choc.Par sa géométrie spirale, elle permet une augmentation locale de la densité et augmente aussi la probabilité d'interaction des neutrinos avec la matière.Dans cette thèse, nous présentons une analyse linéaire (analytique et numérique) de ces deux instabilités, permettant d'établir les domaines de paramètres pour lesquels chacune des instabilités domine la dynamique du flot. Nous étudions ensuite l'impact de la rotation sur ces domaines. Cet effet de la rotation sur les instabilités est encore peu étudié et est une question ouverte dans la communauté. En absence de rotation, l'intensité du chauffage de la matière par les neutrinos, évaluée à travers un paramètre χ de comparaison du temps de flottaison et du temps d'advection, permet la distinction entre le domaine de SASI et le domaine convectif. Nous démontrons les lacunes de ce critère et proposons une autre méthode, plus générale, afin de déterminer le seuil de croissance de la convection. Contrairement aux résultats trouvés par Foglizzo et al. (2006), nous montrons que la transition d'un domaine SASI à un domaine convectif ne se fait pas pour une valeur seuil χ ∼ 3 mais sur un domaine de chauffage tel que χ ∈ [3, 4]. Nous présentons ensuite une analyse de l'influence de la rotation sur la croissance linéaire de ces instabilités. Pour des rotations lentes, le critère d'instabilité fondé sur le paramètre χ diminue. Si la rotation excède 10% de la rotation Képlérienne à la surface de la PNS, alors des modes mixtes SASI/convection/rotation apparaissent à grande échelle. Pour les rotations fortes (>30% de la rotation Képlérienne à la surface de la PNS), l'influence du paramètre χ sur le taux de croissance et sur la fréquence du mode le plus instable devient négligeable. Cette faible dépendance indique que la convection ne joue alors plus de rôle dans l'instabilité dominante qui est d'origine rotationnelle. Dans ce régime, l'interprétation des fréquences mesurées en ondes gravitationnelles peut être facilitée car la fréquence du mode dominant est directement liée au taux de rotation du cœur de l'étoile
At the end of their lives, massive stars explode and produce a phenomenon called a supernova. It begins when the fusion reactions in the core of the star run out of fuel. The core of the star collapses until it becomes so dense that the nuclear forces counteract the gravity, creating a rebound. The inner core then gives rise to a compact star, a protoneutron star (PNS) with a radius of ~50 km at its formation.The shock wave generated by this bounce then propagates towards the collapsing outer layers. However, the energy of this shock is not enough for it to reach the star's surface directly. It becomes stationary at a radius of ~ 200 km. The explosion of the star into a supernova depends on the ability of this shock to be revived and reach the star's surface. The interaction between matter and neutrinos plays an essential role in these dynamics. Neutrinos emitted by the cooling PNS can be absorbed by the dense matter beneath the shock. The resulting heating induces a swelling of the shock.The development of hydrodynamic instabilities affects the absorption efficiency of neutrinos under the stationary shock wave. Among these instabilities, convection is favoured by the establishment of a negative entropy gradient. Convective motions prolong the exposure of matter to the neutrino flux.On the other hand, the stationary accretion shock instability (SASI) is due to a cycle between acoustic waves and the advection of entropy and vorticity perturbations, generated by the shock deformation. By its spiral geometry, it allows a local increase of the density which increases the probability of interaction of neutrinos with matter.In this thesis, we present a linear analysis (analytical and numerical) of these two instabilities, allowing us to establish the parameter domains for which each instability dominates the flow dynamics. We also investigate the impact of rotation on these domains. The effect of rotation on these instabilities is still poorly known and is an open question in the supernova community.In the absence of rotation, the intensity of neutrino heating, evaluated through χ ∼ 3 parameter comparing the flotation time and the advection time, allows the distinction between the SASI domain and the convective domain. We demonstrate the shortcomings of this criterion and suggest another, more general, criterion to determine the convective growth threshold. Contrary to the results found by Foglizzo et al. (2006}, we show that the transition from SASI to convection does not occur for a threshold value of χ ∼ 3 but on a heating domain such that χ ∈ [3, 4]. We then present an analysis of the influence of rotation on the linear growth of these instabilities. For slow rotations, the instability criterion based on the χ parameter decreases. If the rotation exceeds 10% of the Keplerian rotation at the PNS surface, then mixed SASI/convection/rotation modes appear at large scales. For strong rotations (>30% of the Keplerian rotation at the PNS surface), the influence of the χ parameter on both the growth rate and the frequency of the most unstable mode becomes negligible. This weak dependency indicates that convection no longer plays a role in the dominant instability, which is of rotational origin. In this regime, the interpretation of the measured gravitational wave frequencies can be facilitated because the frequency of the dominant mode is directly related to the rotation rate of the star's core

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Varela, López Fernando. "Instabilités hydrodynamiques dans les procédés d'enduisage." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112346.

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Abstract:

Dans cette thèse, le procédé d'étalement de liquides par rouleaux est étudié du point de vue de la mécanique des fluides. Avec un intérêt particulier pour l'instabilité hydrodynamique qui apparaît à la surface libre de la couche transférée sur le substrat solide. Ce procédé est largement utilisé par l'industrie de l'enduction, en particulier celle des aciers enduits. Le présent travail essentiellement expérimental veut améliorer la compréhension des mécanismes physiques qui gouvernent l'instabilité dans ce type de processus. Pour cela des mesures dans des conditions contrôlées du déclenchement et du développement de l'instabilité ont été réalisées, ainsi qu'une caractérisation rigoureuse des propriétés physiques des fluides utilisés. Ceci a permis une corrélation entre les résultats expérimentaux et les caractéristiques de chaque fluide, et la vérification expérimentale des modèles hydrodynamiques. Le principal résultat est lié à l'existence d'une différence des contraintes normales qui crée une diminution du seuil de l'instabilité, diminution qui a pu être étudiée en faisant varier les paramètres géométriques et rhéologiques (à travers la concentration relative de polymère). Au-delà du seuil des différences dans les formes des structures ont été étudiées. On a aussi effectué des mesures de la viscoélasticité sur l'écoulement de base. Les résultats montrent que ces effets viscoélastiques peuvent êtres considérés comme petits, ce qui permet d'appliquer le modèle d'élasticité faible développée dans ce travail. On en conclut que l'élasticité modifie le processus de déstabilisation plus au travers des conditions aux limites qu'au travers d'un changement de l'écoulement de base. Ce travail a été réalisé dans le Groupe des Milieux Poreux de la Faculté d'Ingénieur de l'Université de Buenos-Aires, et au laboratoire FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques), Orsay, France
In this work the process of liquid roll coating application is studied, paying particular attention to the hydrodynamical instability occurring at the free surface of the transferred film. This process is widely used in coating industry, particularly in coated steel. This experimental work intends to a better understanding of the physical mechanisms that governs this kind of processes. Several experiments were conducted, not only to measure the onset and further development of the instability but also to fully characterize the rheological properties of the fluids. A correlation between experimental results and physical properties of fluids has been established, as well as an experimental verification of simple hydrodynamical models, which permits a qualitative understanding of the destabilizing mechanisms. The main result found in this work is related to the viscoelastic effects: the presence of normal stress differences generates a reduction in threshold onset, which has been studied both with respect to geometrical parameters and rheological properties. This allowed the determination of the relation between polymer concentration and threshold. Also, further development of instability has been studied, finding morphological differences with the Newtonian case. Results of base flow measurements showed that there exists some range where viscoelastic effects can be considered small enough, such that weak viscoelasticity hypothesis are fulfilled and the simple model developed in this work should apply. Thus it can be asserted that in the weak viscoelasticity limit elastic effects modifies the onset of instability via boundary conditions rather than base flow changes. This work has been conducted in the Grupo de Medics Porosos at Facultad de Ingenieria, Universidad de Buenos-Aires, and at FAST (Fluids, Automatique et Systems Thermiques), Orsay, France

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Messineo, Jérôme. "Modélisation des instabilités hydrodynamiques dans les moteurs-fusées hybrides." Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0025/document.

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Abstract:

Les moteurs-fusées hybrides combinent les technologies des deux autres catégories de moteurs à propulsionchimique, et associent un combustible et un oxydant stockés respectivement sous phase solide et liquide.Cette architecture offre un certain nombre d’avantages, comme par exemple des coûts plus faibleset une architecture simplifiée par rapport à la propulsion bi-liquide; la possibilité de réaliser de multiplesextinctions et ré-allumages et une bonne impulsion spécifique théorique par rapport à la propulsion solide,et enfin une sécurité de mise en œuvre accrue et un impact environnemental faible vis-à-vis de ces deuxautres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilités se traduisent par des fluctuationsde poussée qui peuvent dégrader la structure d’un lanceur ou d’un satellite. Des phénomènes diverspeuvent être à l’origine des fluctuations de pression observées dans les moteurs hybrides.L’objectif de la thèse est de proposer une modélisation des instabilités d’origine hydrodynamique quiapparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de données disponible àl’ONERA a servi de support pour la modélisation, ainsi que des simulations numériques instationnaires 2Det 3D réalisées à l’aide du code CFD CEDRE. Les instabilités sont provoquées par la formation périodiquede structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui génèrent des fluctuations de pressionlors de leur passage dans le col de la tuyère. L’originalité du modèle, basé sur la théorie classique degénération tourbillonnaire dans une cavité, consiste à prendre en compte les variations géométriques dela chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l’écoulement, surla zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-mêmes. Enfin, plusieursnouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont été effectués et confrontés au modèle développé dans lecadre de la thèse
Hybrid rocket motors combine solid and bi-liquid chemical propulsion technologies and associate asolid fuel and a liquid oxidizer in its classical configuration. This architecture offers several advantagesover liquid propulsion such as lower costs and a simplified architecture. The possibility of performingmultiple extinctions and re-ignitions and a good theoretical specific impulse is also an improvement inregard to solid propulsion. Hybrid engines also have improved safety and a lower environmental impactthan other chemical propulsion systems. As in all combustion chambers, hybrid engines suffer from pressure oscillations under specific operating conditions. These instabilities provoke thrust fluctuations that can damage the launcher and payloads.Various phenomena can induce the pressure oscillations observed in hybrid rocket engines.The objective of this thesis is to propose a model of hydrodynamics instabilities that appear in hybridengines. A new exploitation of the database available at ONERA, and unsteady 2D and 3D numericalsimulations were used for the modeling. The instabilities are provoked by the periodic formation ofvortices in the combustion chamber that generate pressure fluctuations when passing through the nozzlethroat. The originality of the model, which is based on the classical theory of vortices generation ina cavity, consists in taking into account the geometrical variations of the combustion chamber duringoperation. These variations have an effect on the flow velocity, on the recirculation area in the postchamberand on the vortices. Finally, several new firing tests of the hybrid engine HYCOM have beenperformed and compared to the model developed in this thesis

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Nikiema, Oumarou. "Modélisation de la circulation côtière sur une marge continentale soumise à un apport fluvial important : application au cas du plateau nord brésilien sous influence de l'Amazone." Aix-Marseille 2, 2006. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2006AIX22057.pdf.

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Abstract:

La circulation marine au-dessus du plateau continental nord brésilien est sujette à des forçages énergétiques d’origines diverses : un flux de flottabilité, un fort courant côtier associé à un courant grande échelle (Courant Nord Brésil (CNB)), un forçage de la marée et des alizés de Nord-est ou de Sud-est selon la saison. A l’aide d’un modèle hydrodynamique tridimensionnel (MOBEEHDYCS), d’une bathymétrie et d’un trait de côte réalistes du plateau nord brésilien, nous étudions l’influence des forçages physiques identifiés sur la morphologie du panache amazonien. Nous avons montré que, contrairement à d’autres études, le courant côtier constitue la cause principale de la déviation du panache amazonien vers le nord-ouest. Les résultats du modèle sont ensuite comparés à des données de terrain. Enfin, une étude numérique du transport de la matière en suspension est réalisée. La comparaison du panache turbide modélisé avec une image de télédétection montre un bon accord qualitatif
Marine circulation above the northern Brazilian continental shelf is subject to energetic forcing factors of various origins : high water buoyancy fluxes, a strong coastal current associated with a mesoscale current (North Brazil Current (NBC)), a forcing by semi diurnal tide and by Northeast or Southeast trade winds according to the season. Using a three-dimensional hydrodynamic numerical model (MOBEEHDYCS), and realistic bathymetry and coastline of the northern Brazilian shelf, we study the influence of some specific physical forcings on the morphology of the Amazon plume. We have shown that, contrary to other studies, the coastal current is the principal cause of the plume deviation northwestward. The numerical results are compared to field data and satellite images. Finally, the fate of the Amazonian suspended matter is investigated with the numerical model, and comparison between the modelled turbid plume and satellite image shows a good qualitative agreement

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Lebranchu, Yannick. "Étude d'ondes non linéaires hydrodynamiques : approches théorique et expérimentale." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2008. http://www.theses.fr/2008INPL005N/document.

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Abstract:

Cette thèse est dédiée à l'étude d'ondes non linéaires dans des écoulements en rotation. Dans une première partie, je me suis intéressé aux ondes de Rossby apparaissant par instabilités de thermoconvection dans une coquille sphérique en rotation représentant un modèle simplifié de noyau planétaire tellurique, et ce pour deux types de forçage: un chauffage interne correspondant à une activité radioactive du noyau et un chauffage différentiel lié à la différence de température entre les frontières interne et externe. Selon le théorème de Proudman-Taylor, l'écoulement possède une faible dépendance en la coordonnée axiale à cause de la rotation rapide. Cela permet de simplifier les modèles 3D en des modèles quasi géostrophiques 2D reposant sur une intégration axiale. Cette thèse présente la première comparaison systématique entre modèles 2D et 3D (Simitev, U-Glasgow) concernant des ondes de Rossby faiblement non linéaires. En 2D l'équation de Landau régissant l'amplitude de l'onde critique est calculée; l'amplitude de la convection et celle des écoulements zonaux ainsi prédites se comparent assez bien aux résultats 3D. L'existence d'une bifurcation sous-critique est établie à très bas nombre d'Ekman en chauffage interne et en chauffage différentiel, à condition dans ce dernier cas que le nombre de Prandtl soit petit. La seconde partie est une étude expérimentale de l'écoulement d'eau et de ses premières instabilités dans un canal annulaire creusé dans un plateau éventuellement en rotation surmonté d'un couvercle tournant. Trois cas sont étudiés: le cisaillement pur correspondant à la rotation du couvercle seul, la corotation rapide et la contrarotation pure. Le seuil d'instabilité détecté par mesures globales (visualisations par caméra vidéo) et locales par Vélocimétrie Laser Doppler se caractérise par des ondes spiralées. Dans le cas de la contrarotation pure, des structures localisées dans l'espace-temps peuvent coexister avec les ondes. Une comparaison est effectuée avec des calculs numériques (Serre, CNRS-Marseille). Un accord relativement bon est obtenu pour l'écoulement de base (vitesse azimutale) et la première instabilité (nombre de Reynolds, nombre d'onde et fréquence angulaire critiques)
A first part is devoted to the study of the Rossby waves that appear in a rotating spherical shell representing the core of a terrestrial planet by thermal instabilities for two heating types. Internal heating is driven by radioactive sources and differential heating is driven by a difference of temperature between the internal and external frontiers. According to the Proudman-Taylor theorem, the flow depends only weakly on the axial coordinate because of the high rotation rate. Thus the 3D models can be simplified into quasi-geostrophic 2D models \textit{via} an axial integration. I present the first systematic comparison between 2D and 3D models (Simitev, U-Glasgow) for weakly nonlinear Rossby waves. In 2D the Landau equation that controls the amplitude of the critical wave is calculated. Predicted convection' amplitude and zonal flows agree rather well with the 3D results. The existence of a subcritical bifurcation is established at very low Ekman numbers with internal and differential heating; in this latter case, the Prandtl number also has to be small for the bifurcation to be subcritical. The second part is an experimental study of water flows and its first instabilities in an annular channel digged in a plate which may rotate, and which is sheared by a rotating lid. Three cases are studied: a pure shear where only the lid turns, a rapid corotation and a pure contrarotation. The onset of instability is studied with global measurements (using a video camera) and local ones (Laser Doppler Anemometry) and is characterized by spiralling waves. In the case of contrarotation, patterns localized in space and time may coexist with the waves. The comparison of these results with numerical ones (Serre, CNRS-Marseille) is done and shows a rather good agreement for the basic azimutal flow and the first instability (critical Reynolds number, wavenumber and angular frequency)

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Marant, Mathieu. "Contrôle en boucle ouverte d'un écoulement tridimensionnel décollé par perturbations optimales." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19494/1/MARANT_Mathieu.pdf.

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Abstract:

On calcule les amplifications d’énergie optimales de structures quasi longitudinales dans le sillage d’un corps épais axisymétrique à culot droit et dans une couche de mélange parallèle. Les amplifications d'énergie sont seulement modérées dans le sillage du corps axisymétrique tandis qu'elles sont grandes dans la couche de mélange. Les amplifications maximales augmentent avec le nombre de Reynolds et lorsque le nombre d’onde transverse (azimutal) décroît. Les structures amplifiées optimalement sont des stries longitudinales. Lorsqu’elles sont forcées à amplitudes finies, les stries optimales réduisent considérablement l’instationnarité du sillage du corps épais axisymétrique. Pour des nombres de Reynolds modérés, l’instationnarité du sillage peut être complètement supprimée si le forçage optimal est combiné avec un soufflage au culot uniforme. Dans le cas de la couche de mélange 2D, le taux de croissance maximal de l'instabilité de KelvinHelmholtz et le ratio de vitesse critique d'apparition de l'instabilité absolue peuvent être soit réduits soit augmentés en fonction des symétries des stries forcées. Dans ce cas, on montre que la déformation non linéaire moyenne doit être incluse dans l'analyse de sensibilité de l'instabilité et que cela n'influe pas sur la dépendance quadratique par rapport à l'amplitude des stries.

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Richard, Denis. "Instabilités hydrodynamiques dans les écoulements en rotation différentielle." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001393.

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Abstract:

Cette thèse présente les résultats d'une étude expérimentale et théorique sur la stabilité non-linéaire des écoulements hydrodynamiques en rotation différentielle. Une analyse de mesures antérieures à ce travail effectuées dans des expériences de laboratoire de type Couette-Taylor nous a permis de dériver un critère de stabilité ainsi qu'une prescription du type viscosité turbulente pour le transport du moment cinétique. L'étude expérimentale complémentaire que nous avons menée nous a permis de mettre en évidence des régimes de rotation instables vis à vis de perturbations aux amplitudes finies, qui demeuraient jusqu'a maintenant inexplorés. Nous présentons également quelques propriétés des écoulements moyens turbulents ainsi que des fluctuations de vitesse, en particulier leur évolution en fonction du nombre de Reynolds. Par des arguments physiques simples, nous dérivons des paramètres de stabilité, des lois d'évolution des fluctuations turbulentes, ainsi qu'une expression de la viscosité turbulente compatible avec notre première prescription. Finalement, nous concluons par une application de cette viscosité à un modèle simple de disques d'accrétion.

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Kitenbergs, Guntars. "Instabilités hydrodynamiques de fluides magnétiques en écoulements microfluidiques." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066311/document.

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Abstract:

Ce travail explore expérimentalement en géométrie microfluidique, des instabilités sous champ de fluides magnétiques aqueux, aux propriétés bien caractérisées et dont les nanoparticules sont stabilisées électrostatiquement.La micro-convexion magnétique observée à l'interface miscible entre le fluide magnétique et l'eau est étudiée quantitativement dans une cellule de Hele-Shaw sous champ magnétique homogène, en particulier par vélocimétrie par image de particules. Les résultats sont comparés aux prédictions théoriques et à des simulations numériques. Au delà de la caractérisation des champs critiques, il est observé qu'une augmentation du champ H accélère la croissance des doigts, comme H2, tandis que la figure de digitation n'est pas modifiée. Une application au mélange en microfluidique est ici envisagée. L'étude de la micro-convexion a révélé une diffusion effective de coefficient beaucoup plus grand que celui des nanoparticules, tel que prédit par la formule de Stockes-Einstein ou obtenu par des mesures directes. Des explorations expérimentales montrent que cette diffusion effective provient d'un écoulement lié à la différence de densité des deux fluides. La diffusion semble influencée par les agents qui stabilisent les nanoparticules. Des gouttes de liquide magnétique concentré co-existant avec une phase diluée sont obtenues par séparation de phase induite par ajout de sel et/ou application d'un champ magnétique. Leur déformation sous champ permet de suivre l'évolution temporelle de la phase concentrée métastable. Dans un champ magnétique précessant à l'angle magique, les gouttes se comportent comme en champ tournant, sauf en ce qui concerne leur déformation initiale
Magnetic field induced instabilities of magnetic fluids in microfluidic environment are investigated experimentally. Electrically stabilized water-based magnetic nanocolloids are used and throughout characterized.Magnetic micro-convection, observed at a miscible magnetic fluid-water interface in a Hele-Shaw cell in homogeneous field, is studied quantitatively and compared with theoretical predictions and numerical simulations, micro-convective flows being characterized by particle image velocimetry. Besides the critical field determination, it is shown that an increase of the magnetic field H speeds up the finger growth, which scales as H2, while the size of the fingering pattern is not changed. An application towards mixing enhancement in microfluidics is considered.The micro-convection study reveals a much larger effective diffusion coefficient of the nanoparticles than expected from Stokes - Einstein relation and standard determinations. Investigations with the same setup and with continuous microfluidics show that the effective diffusion mostly arises from a flow induced by the density difference between the miscible fluids. Additionally, the diffusion coefficient seems to be influenced by the particle stabilizing agents.Drops of a concentrated magnetic phase in co-existence with a dilute one are formed by phase separation after salt addition to the magnetic fluid and/or the application of a magnetic field. Their under-field shape deformations allow investigating the time evolution of the concentrated phase. Experiments show that in a precessing field at magic angle, the drops behave as in a rotating field except the initial shape deformation before quick elongation

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Zerhboub, Mohammed. "Instabilités hydrodynamiques lors d'écoulements polyphasiques en milieu poreux." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10566.

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Abstract:

Etude experimentale d'ecoulements a contre-courant de fluides partiellement miscibles (instabilites de saffman-taylor et de rayleigh-benard). Modelisation bidimensionnelle a partir des equations de darcy generalisees dans deux configurations d'ecoulements a contre-courant et co-courant

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Hernandez, Grégory. "Contrôle actif des instabilités hydrodynamiques des écoulements subsoniques compressibles." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT083H.

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Abstract:

Le controle du decollement de couche limite est un probleme rencontre dans de nombreuses applications pratiques telles que les ailes d'avion ou les diffuseurs. La prevention du decollement ameliore souvent les performances de ces dispositifs en augmentant la portance ou le taux de melange. L'objectif de cette these est le controle actif d'ecoulements subsoniques compressibles decolles sur deux configurations bidimensionnelles simples: la rampe et la cavite. L'outil numerique employe est un code de calcul parallele, non structure base sur approche aux volumes finis. Chacune de deux configurations fera prealablement l'objet d'une etude precise du phenomene de couplage aeroacoustique qui s'y developpe. Apres une etude bibliographique de l'etat de l'art du controle en mecanique des fluides, differentes techniques de controle actif seront choisies et appliquees a ces deux ecoulements. Les resultats obtenus seront analyses et discutes

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Gassa, Feugaing Canisius Martial. "Étude expérimentale des instabilités dans des systèmes hydrodynamiques modulés." Le Havre, 2012. http://www.theses.fr/2012LEHA0019.

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Abstract:

Cette thèse est une contribution expérimentale à l'étude de la réponse à un forçage extérieur, périodique en temps, d'écoulements sujets à des instabilités. La première partie est consacrée à l'étude expérimentale de l'effet de la modulation de la vitesse de rotation du cylindre intérieur autour d'une valeur moyenne non nulle, sur la stabilité de l'écoulement de Couette-Taylor d'une solution aqueuse de 30% de glycérol, avec le cylindre extérieur fixe. Une déstabilisation par la modulation est mise en évidence pour toutes les fréquences et amplitudes de modulation balayées. L'influence de la modulation sur les motifs observés au seuil de l'instabilité primaire et sur les états supérieurs est analysée. L'analyse spectrale révèle une désynchronisation entre les motifs et l'excitation à faible fréquence de modulation, et une synchronisation à haute fréquence de modulation. La taille des rouleaux augmente à la fois avec l'augmentation de la fréquence de modulation et l'augmentation du nombre de Taylor. Les résultats expérimentaux sont en bon accords avec les résultats numériques disponibles dans la littérature. La seconde partie étudie l'influence de la viscoélasticité de solutions aqueuses de polyoxyéthylène (POE, c* = 220 ppm, un polymère neutre flexible de grande masse molaire) et du forçage sur les mécanismes de rupture et sur les caractéristiques d'un micro-jet capillaire (Amplitude initiale des perturbations, longueur de rupture, taille des gouttes) en régime très dilué. L'étude a mis en évidence un effet élongationnel (instabilité de « perles sur une ficelle ») et a montré la possibilité d'observer des effets linéaires ou non linéaires. La viscoélasticité fait varier la taille des gouttes lorsque le nombre de Weber augmente. Elle réduit de manière significative les gouttelettes satellites et augmente la taille des gouttes à un nombre de Weber fixé. La longueur de rupture du jet viscoélastique est peu sensible au forçage
The thesis is an experimental contribution to the study of the response to a parametric excitation of flows prone to instabilities. The first part of this work investigates the effect of modulation around a non zero mean value of the inner cylinder rotation on the stability of the Couette-Taylor flow of an aqueous solution of 30% of glycerol, in a system with fixed outer cylinder. A net destabilization of the flow has been evidenced for all modulation frequencies and amplitudes. Influence of the modulation on the critical patterns and at higher states is analysed. Spectral analysis revealed that pattern and excitation are desynchronized at low modulation frequency, while synchronized at high modulation frequency. The vortex size increases either with increasing values of the Taylor number or increasing values of the modulation frequency. There is a good agreement between these experimental results and available results from numerical simulation. The capillary instability of viscoelastic liquid jet under the influence of free and externally controlled disturbances is investigated experimentally in the second part. The working liquids are low concentration aqueous solutions of polyethylene oxide (POE, c* = 220 ppm), a neutral and flexible polymer of high molecular weight. Experiments show that the so-called beads-on-a-string structure remains before the final break-up point. This structure is also observed when periodic forcing is enabled. This behaviour indicates that the extensional properties of viscoelastic fluids play an important role in such dilute solutions

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Pacitto, Grégory. "Instabilités hydrodynamiques à l'interface de ferrofluides en géométrie confinée." Paris 7, 2001. http://www.theses.fr/2001PA077107.

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Almarcha, Christophe Bernard Alphonse. "Instabilités hydrodynamiques du front d'ablation en fusion par confinement inertiel." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11049.

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Abstract:

Dans le domaine de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI), des instabilités hydrodynamiques se développent pendant la phase d’accélération lors de l’implosion d’une cible soumise à un rayonnement intense. Ces instabilités, relativement semblables à celle de Rayleigh-Taylor, compromettent la symétrique sphérique essentielle à l’amorçage des réactions thermonucléaires en fin de phase de compression. Leur compréhension nécessite l’étude de phénomènes couplés hydrodynamiques et thermiques sur une large gamme de longueurs de variation, ce qui rend les simulations numériques directes difficiles. En considérant des régimes intermédiaires d’accélération dans la limite asymptotique d’un fort exposant en température pour la conductivité thermique, le modèle classique en FCI se réduit à l’étude d’une discontinuité (le front d’ablation) entre deux écoulements potentiels. Ceci permet d’utiliser des méthodes numériques précises d’intégrales de frontière. Les simulations peuvent alors être poussées à des stades hautement non linéaires et font apparaître une singularité en temps fini, caractérisée par une divergence des gradients de vitesses et de la courbure du front. Cette singularité remet en question la validité de la limite asymptotique utilisée. On montre qu’un effet de tension de surface qui apparaît à l’ordre suivant du développement asymptotique est suffisant pour supprimer l’apparition en temps fini de la singularité
An Inertial Confinement Fusion (ICF), hydrodynamic instabilities grow during the acceleration stage in the imploding of a target under an intense radiation. These instabilities, quite similar to Rayleigh-Taylor instability, disturb the spherical configuration necessary for ignition of nuclear reactions in the late compression stages. Understanding them requires the study of coupled hydrodynamic and thermal instabilities on a wide range of length scales, which make direct numerical simulations difficult to perform. Considering intermediate regimes of acceleration in the asymptotic limit of a large power index for thermal conduction, the model usually used in ICF reduces to a discontinuity (the ablation front) between two potential flows. This allows the use of precise numerical boundary integral methods. Simulations can be performed to highly non linear stages and show the appearence of a finite time singularity consisting in an explosion of both the velocity gradients and curvature

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Jia, Pan. "Instabilités hydrodynamiques de rides d'un substrat érodable ou hautement déformable." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC245/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude expérimentale et théorique de quatre instabilités associées à l’émergence de motifs réguliers sur des substrats érodables ou fortement déformables,instabilités liées à l’hydrodynamique sur un relief modulé.La première partie porte sur l’étude de l’instabilité d’une plaque élastique fixée aux deux bouts et soumise à un écoulement fluide permanent. La solution plane est instable vis-à-vis d’ondes propagatives, lorsque l’écoulement est suffisamment fort. La sélection de fréquence et de longueur d’onde est caractérisée expérimentalement en fonction de la vitesse de l’écoulement. Ces quantités suivent remarquablement les lois d’échelle obtenues par l’analyse de stabilité linéaire du problème. Le principe de l’expérience pourrait être appliqué à la récupération d’énergie.La deuxième partie porte sur une analyse théorique de la formation de rides géantes sur la comète 67P, récemment observées par la sonde Rosetta. Nous montrons comment le dégazage de vapeur se produit au travers d’une couche poreuse granulaire superficielle et comment l’alternance jour/nuit conduit à des gradients de pression gigantesques qui engendrent des vents thermiques de surface. Ces motifs apparaissent comme étant les analogues de rides qui se forment à la surface de lit sableux dans un écoulement visqueux.L’analyse de stabilité linéaire du problème permet de prédire quantitativement l’émergence de ces rides à la longueur d’onde et à la vitesse de propagation observées. Cette description fournit un outil robuste et fiable pour décrire les processus d’érosion et d’accrétion dans l’évolution des petits corps.Dans la troisième partie, nous proposons un modèle pour l’apparition de motifs de sublimation sur Pluton, tels que ceux observés sur Sputnik Planum. La formation et l’évolution de ces motifs proviennent de la sublimation/condensation différentielle de la glace d’azote.Nous montrons que l’atmosphère de Pluton possède des propriétés (température et pression)peu variables en espace et en temps. Nous analysons les différents mécanismes d’instabilité en compétition et concluons à un mécanisme original, basé sur le mélange et e transport de chaleur dans l’atmosphère, plutôt qu’au mécanisme des pénitents, basé sur l’auto-éclairement de la surface de glace.Enfin, nous avons étudié théoriquement l’instabilité de formation des rides éoliennes en considérant les trajectoires des grains résonantes avec le relief. Cette modélisation prend en compte de manière simple et effective les effets collectifs du transport de sédiments. Le modèle est validé à partir de simulations numériques existantes, elles mêmes calées sur des expériences contrôlées
This thesis is devoted to the experimental and theoretical investigations of four instabilitiesassociated with the emergence of regular patterns over erodible/flexible substrates, andrelated to hydrodynamics over a modulated relief.First, the instability of a flexible sheet clamped at both ends and submitted to a permanentwind is investigated. The flat sheet solution is unstable towards propagative waves, forstrong enough wind. We experimentally study the selection of frequency and wavenumberas a function of the wind velocity. These quantities obey simple scaling laws derived froma linear stability analysis of the problem. This phenomenon may be applied for energyharvesting.Second, an explanation is proposed for the giant ripples observed by spacecraft Rosettaat the surface of the comet 67P. We show that the outgassing flow across a porous surfacegranular layer and the strong pressure gradient associated with the day-night alternanceare responsible for thermal superficial winds. We show that these unexpected patterns areanalogous to ripples emerging on granular beds submitted to viscous shear flows. Linearstability analysis of the problem quantitatively predicts the emergence of bedforms at theobserved wavelength and their propagation. This description provides a reliable tool topredict the erosion and accretion processes controlling the evolution of small solar systembodies.Third, we propose a model for rhythmic, dune-like patterns observed on SputnikPlanum of Pluto. Their emergence and evolution are related to the differential condensation/sublimation of nitrogen ice. We show that the temperature and pressure in Pluto’satmosphere are almost homogeneous and steady, and that heat flux from the atmospheredue to convection and turbulent mixing is responsible for the emergence of these sublimationpatterns, in contrast to the penitentes instability due to solar radiation.Last, we report an analytical model for the aeolian ripple instability by considering theresonant grain trajectories over a modulated sand bed, taking the collective effect in thetransport layer into account. The model is tested against existing numerical simulationsthat match experimental observations

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Brémond, Nicolas. "Stabilité et atomisation des nappes liquides." Aix-Marseille 1, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX11011.

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Abstract:

L'atomisation d'un liquide par l'intermédiaire d'une nappe est un phénomène fréquemment rencontré dans la nature, ainsi que dans un contexte industriel tel que la formation de sprays de combustibles dans les moteurs. Cette étude expérimentale vise à rendre compte des mécanismes de brisure des lames liquides. Deux régimes de nappes sont ici considérés. Le premier correspond à un état stable pour lequel la nappe reste plane. Cet état est étudié à l'aide d'un dispositif formant des nappes par collision de jets cylindriques. Un couplage entre des modulations d'épaisseur de la nappe et de la déstabilisation capillaire du bord libre conduisant à la formation des gouttes est mise en évidence. Ces modulations d'épaisseur sont dues aux conditions d'injection et pilotent la fragmentation de la nappe. Lorsque la vitesse d'écoulement dans la nappe est augmentée, une instabilité de cisaillement avec l'air se développe et la nappe se met à battre tel un drapeau. Ce second régime est étudié à partir d'une nappe formée par la collision normale d'un jet rond sur un cylindre solide pouvant osciller verticalement. Les caractéristiques des ondes générées par oscillation du point d'impact (vitesse, amplitude,. . . ) sont correctement prédites par une analyse linéaire. Les ondulations de la surface imposent une accélaration transitoire du liquide. Cette situation est instable au sens de Rayleigh-Taylor et conduit à des modulations d'épaisseur transverses à l'écoulement. La modification du champ d'épaisseur conditionne la morphologie du bord libre, qui est constitué d'indentations à l'extrémité desquelles des ligaments sont formés et se brisent en gouttes. Un modèles incluant le développement des deux instabilités permet de rendre compte de la caractérisation de la fragmentation de la nappe (lieu de brisure, vitesse et taille des gouttes). Enfin, d'autres situations expérimentales mettant en jeu des accélérations et des modulations d'épaisseur sur des nappes liquides sont également envisagées.

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Candelier, Julien. "Instabilités radiatives des jets et couches limites atmosphériques." Aix-Marseille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX11044.

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Abstract:

L’atmosphère est le siège d’écoulements complexes qui peuvent être sources d’ondes internes de gravité. Nous nous intéressons en particulier ici aux instabilités radiatives et de cisaillement (ou de Kelvin-Helmholtz). Les études de stabilité d’une couche cisaillée dans un fluide stratifié se sont souvent limitées aux cas où la direction du cisaillement de l’écoulement moyen était la même que celle de la stratification ; Miles (1961) et Howard (1961) ont ainsi trouvé une condition nécessaire de stabilité basée sur le nombre de Richardson : Ri > 1/4. Dans cette thèse, nous montrons que cette condition n’est plus nécessaire dès que le cisaillement et la stratification ne sont pas alignés : nous démontrons qu’un jet de Bickley plan peut être déstabilisé pour tous les nombres de Richardson. Bien que le mode le plus instable reste 2D, nous montrons qu’il existe une famille infinie de modes instables 3D possédant une structure rayonnante. Une analyse WKBJ est formulée et fournie les principales caractéristiques de ces modes. Nous étudions également une couche limite stratifiée et non visqueuse sur une paroi inclinée en présence d’effets non-Boussinesq et compressible. Nous montrons que cet écoulement est instable dès la paroi n’est pas horizontale pour tous les nombres de Froude et que le comportement d’une perturbation 3D dans un fluide très stratifié est le même qu’une perturbation 2D dans un fluide compressible. Des applications des résultats au courant-jet et à une couche limite atmosphérique sont proposées
Complex flows occur in the atmosphere and they can be source of internal gravity waves. We focus here on the sources associated with radiative and shear (or Kelvin-Helmholtz) instabilities. Stability studies of shear layers in a stably stratified fluid concern mainly cases where shear and stratification are aligned along the same direction. In these cases, Miles (1961) and Howard (1961) found a necessary condition for stability based on the Richardson number : Ri > 1/4. In this thesis, we show that this condition is not necessary when shear and stratification are not aligned : we demonstrate that a two-dimensional planar Bickley jet can be unstable for all Richardson numbers. Although the most unstable mode remains 2D, we show there exists an infinite family of 3D unstable modes exhibiting a radiative structure. A WKBJ theory is found to provide the main characteristics of these modes. We also study an inviscid and stratified boundary layer over an inclined wall with non- Boussinesq and compressible effects. We show that this flow is unstable as soon as the wall is not horizontal for all Froude numbers and that strongly stratified 3D perturbations behave exactly like compressible 2D perturbations. Applications of the results to the jet stream and the atmospheric boundary layer are proposed

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Jarre, Sandrine. "Etude expérimentale des instabilités sur disque tournant." Aix-Marseille 2, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX22066.

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Abstract:

Cette these est consacree a l'etude experimentale de l'instabilite de l'ecoulement au-dessus d'un disque en rotation. Cette instabilite de type inflexionnel, designee sous le nom d'instabilite transversale ou cross-flow, est aussi presente dans l'ecoulement au-dessus d'une aile en fleche. Dans une premiere partie, nous etablissons experimentalement la courbe de stabilite marginale que l'on compare aux resultats theoriques disponibles dans la litterature. La dynamique des ondes d'instabilite est ensuite envisagee a l'aide des courbes de dispersion (liant la frequence aux composantes du vecteur d'onde) determinees experimentalement au moyen de mesures en deux points de la couche limite. Enfin, nous mettons en evidence dans le systeme, l'apparition precoce des effets non lineaires precurseurs de la transition a la turbulence. La deuxieme partie est consacree a l'etude d'un motif tourbillonnaire cree par une excitation initiale d'amplitude finie provoquee par une rugosite ponctuelle de paroi. Les resultats montrent que le systeme etudie possede un comportement non lineaire qui peut etre decrit par le modele d'equation d'amplitude de ginsburg-landau

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Poumaere, Nelson. "Transport et Temps de résidence dans les écoulements ouverts, chaotiques ou perturbés." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2023. http://www.theses.fr/2023ECDL0057.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les propriétés de transport d’écoulements ouverts perturbés par une instabilité hydrodynamique. En se basant sur la simulation numérique d’écoulements en canal plan stationnaires et pulsés, les distributions de temps de résidence (RTD) correspondant à leurs états perturbés sont calculées et utilisées pour caractériser finement leurs propriétés de transport.Une première partie portant sur les RTD dans les mélangeurs chaotiques en ligne prolongeant les résultats de Raynal & Carrière (2015) permet de mettre en place les outils statistiques servant à quantifier la dispersion des RTD étudiées tout au long de la thèse. Notamment, la substitution de l’écart absolu moyen à l’écart-type est introduite et justifiée dans le cas de ces distributions à queue lourde.La deuxième partie est consacrée à l’écoulement de Poiseuille plan dans lequel des ondes de Tollmien–Schlichting d’amplitude finie se propagent. La comparaison des RTD correspondant à cette configuration avec celle de l’écoulement de base permet de constater deux effets : d’abord la formation d’un pic de probabilité au niveau du « temps de résidence de l’onde », dû à l’entraînement des particules par les zones de recirculation ; ensuite, la correction de l’écoulement moyen induit une diminution du temps de résidence minimal et une augmentation subséquente de la dispersion de la RTD.Dans la dernière partie, l’écoulement de canal plan pulsé en régime non linéaire saturé est considéré. En fonction de la fréquence et du taux de pulsation, les deux régimes non linéaires — de croisière et balistique (Pier & Schmid, 2017) — obtenus entraînent des dynamiques chaotiques radicalement différentes. Le régime balistique est identifié comme celui mélangeant le plus efficacement bien que peu énergétique. Le calcul des RTD dans ces différents régimes ainsi que pour le profil de Womersley de base mène au constat que le régime balistique est également celui qui augmente le moins la dispersion de la RTD. Dans le cadre de ce travail, les caractéristiques de ce régime se rapprochent ainsi de celles d’un mélangeur idéal : mélange efficace et dispersion des temps résidence minimale à coût énergétique réduit
This work is concerned with the transport properties of open flows perturbed as a result of a hydrodynamic instability. Direct numerical simulation of stationary and pulsatile channel flows allows us to compute residence time distributions (RTD) corresponding to their perturbed states and thus to finely characterize their transport properties.In the first part of the study, and following the results of Raynal & Carrière (2015), in-line chaotic mixers are considered and statistical tools used throughout the whole thesis to measure RTDs’ widths are introduced. In particular, the use of the mean absolute deviation instead of the standard deviation is justified in the case of the heavy-tailed distributions at hand.The second part of this work deals with the plane Poiseuille flow in which finite-amplitude Tollmien–Schlichting waves are propagating. Comparison of RTDs for base and perturbed flows leads to the following two observations : first, a probability peak located at the “wave residence time” appears due to the advection of particles by the propagating vortices ; second, the mean flow correction leads to a decreased minimum residence time and thus to an increased width of the RTD.In the final part, the pulsatile channel flow in nonlinear instability regimes is considered. Depending on the frequency and the amplitude of the pulsation, the two resulting nonlinear regimes — cruising and ballistic (Pier & Schmid, 2017) — lead to drastically different chaotic behaviours. It is shown that the ballistic regime displays the best mixing capabilities, even though it is less energetic. By computing the RTDs corresponding to these two regimes and those of the basic Womersley profile, the ballistic regime is also identified as the one which leads to the least increased width of the RTD. In the framework of the present study, this regime is thus the closest to an ideal mixer : it combines efficient mixing and low RTD width at moderate energy cost

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Sers, Florence. "Contribution à l'étude des instabilités dans les jets plans par simulation numérique." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT112H.

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Abstract:

Ce travail contribue a une meilleure comprehension des mecanismes d'apparition et de developpement des instabilites non-visqueuses dans une configuration de jet libre plan. Deux ecoulemenents sont traites au moyen de la simulation numerique: le jet isotherme et le jet chauffe. Pour chacun de ces deux ecoulements, on s'attache a reconnaitre et a analyser la nature convective ou absolue (globale) de l'instabilite. L'existence d'un feed-back de pression issu de l'interaction non-lineaire rotationel-rotationel est demontree sur le jet isotherme. L'influence de la forme du profil initial de vitesse sur la caracterisation de la nature de l'instabilite est egalement prouvee. Les tests effectues sur un profil de vitesse carre revelent que ce profil n'est pas judicieux pour mettre en evidence le caractere convectivement instable du jet isotherme. Il convient d'utiliser un profil plus doux comme le profil en sinus hyperbolique. Enfin, on montre que l'on peut determiner un mode global auto-entretenu dans le jet chauffe pourvu que le rapport de densite, a rapport de vitesse r de 0,93 et nombre de mach m de 0,15, soit inferieur a 0,5. L'evolution de l'amplitude de ce mode global suivant le rapport de densite indique que l'ecoulement genere un etat dynamique auto-entretenu via une bifurcation de hopf. Les effets du nombre de mach sur l'apparition du mode global dans l'ecoulement sont egalement abordes. On prouvera que le code de calcul utilise constitue un bon outil d'analyse des phenomenes d'instabilite lineaires et non-lineaires dans le cas d'ecoulements fortement cisailles

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Nakahmi, Hayçam. "Etude instationnaire de la pression pariétale dans un écoulement cisaillé confiné à segmentation variable : mécanismes d'amplification." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2370.

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Abstract:

Cette etude experimentale contribue a la comprehension preliminaire des problemes rencontres en combustion, notamment celle des mecanismes non-lineaires d'amplification des instabilites mis en jeu dans les propulseurs a propergol solide segmente de la fusee ariane 5. Les ecoulements cisailles concernes sont marques par l'existence des structures tourbillonnaires generees au passage des restrictions creees par les elements des inhibiteurs. Des conditions particulieres amenent le detachement de ces structures a declencher des mecanismes non-lineaires d'amplification des differents parametres (pression, vitesse,). Le montage experimental utilise, etudie en gaz froid, les mecanismes d'amplification des fluctuations de pression parietale. L'ecoulement est segmente par des cavites de dimension variable. Les resultats confirment l'existence d'un couplage et d'une mise en resonance de l'ecoulement avec l'acoustique de la cavite totale par un mecanisme d'accrochage en frequence renforce. Deux mecanismes d'amplification sont mis en evidence. Les differentes phases qui les caracterisent ont ete analysees et illustrees ; on peut distinguer: une phase d'amplification exponentielle par cavite resonante courte, ou par excitation sous-harmonique. Le taux d'amplification est alors eleve. Suivie d'une phase d'amortissement quasi-exponentielle des amplitudes de fluctuation. Enfin un mecanisme de saturation modulee ou non, stabilise en moyenne les niveaux d'amplitude, dans les cavites longues (recollement successif). L'ensemble de ces mecanismes fait appel a une cascade d'energie dont nous avons determine les domaines d'action. Une interpretation par la dynamique du chaos a ete entreprise. L'analyse des signaux de fluctuation de pression parietale dans l'espace de phase a permis d'une part, de caracteriser l'impact des interactions entre frequences sur la configuration des attracteurs et d'autre part, d'identifier les ecoulements similaires mis en jeu au cours des differentes configurations de segmentation, par une etude comparative de la geometrie des attracteurs

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Abid-David, Chérifa. "La convection mixte dans un conduit horizontal : instabilités thermiques dans la transition "laminaire-turbulent"." Aix-Marseille 1, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX11007.

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Abstract:

On presente le phenomene de convection mixte dans un conduit horizontal, chauffe a la paroi, pour le regime laminaire et lors de la transition laminaire-turbulent. Dans le premier cas, les resultats experimentaux revelent la presence d'un gradient de temperature dans une section droite; on developpe alors un modele analytique permettant d'aboutir a l'expression de la temperature de paroi en coordonnees cylindriques. Les coefficients de transfert paroi-fluide sont egalement evalues. Lorsque la vitesse du fluide augmente, la temperature de paroi presente des fluctuations temporelles. Ces instabilites sont etudiees d'un point de vue phenomenologique, statistique et on montre egalement qu'elles resultent de la dynamique d'un systeme non lineaire conduisant a la notion du chaos

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Leroux, Jean-Baptiste. "Étude expérimentale en tunnel hydrodynamique des instabilités de la cavitation par poche sur hydrofoil par la mesure spatio-temporelle du champ de pression pariétal." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2110.

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Abstract:

The thesis deals with partial attached cavitation instabilities. Most of the study is experimental. Experiments were carried in a water tunnel, on a partially cavitating hydrofoil. The experimental conditions ranged from sheet cavities inception to unstable cavities and cloud cavitation. In the latter case, instabilities are induced by the periodical development of a re-entrant jet under the cavity, which leads to the detachment of very erosive vapour clouds, which are convected in the cavity wake. In addition, such flows are noisy and cause structure's vibrations. Wall pressure measurements, lift and drag measurements, and numerical video records were performed. In the case of stable cavities, the analysis shows a peak of the pressure fluctuations intensity in the closure region of the cavity. It originates from spatial fluctuations of the closure, small toward the mean cavity length, due to a condensation - vaporisation mechanism, which also leads to little vapour clouds convected in the cavity wake, but without re-entrant jet. A mean temporal analysis of the pressure signals puts in evidence the development of a travelling pressure wave from the cavity detachment point up to the closure, prior to the little clouds emission. In our opinion, this pressure wave is related to a travelling wave at the interface of the cavity, and the fluctuations of the closure can be explained by the break of this wave. These fluctuations are associated with frequency peaks, leading to Strouhal numbers, based on the mean cavity length [. . . ]
Le sujet de la thèse porte sur l'étude des instabilités des poches de cavitation attachées. Il est à dominante expérimentale. Nous avons réalisé des essais en tunnel de cavitation sur un hydrofoil bidimensionnel partiellement cavitant, de l'apparition des poches jusqu'aux régimes instables de type cloud cavitation. Ces derniers sont caractérisés par le développement périodique d'un jet rentrant sous la poche, responsable du détachement de nuages de bulles très érosifs, convectés dans le sillage de la poche. Ces régimes de cavitation sont de plus source de bruit et d'excitation des structures. Des mesures de pression pariétale, des mesures de portance et de traînée, des mesures de fluctuations de pression dans le sillage, ainsi que des vidéos numériques ont été réalisées. Dans le cas des poches dites stables, l'analyse des résultats a révélé l'existence d'un pic d'intensité des fluctuations de pression en fermeture de poche. Il a pour origine des fluctuations spatiales de la fermeture, petites vis-à-vis de la longueur moyenne de poche, de type condensation - vaporisation, et responsables de l'émission de petits nuages de cavitation dans le sillage, mais sans jet rentrant. Par une analyse temporelle moyenne du champ de pression sous la poche et dans son sillage, nous mettons en évidence le développement d'une onde de pression du détachement vers la fermeture, qui précède l'émission des petits nuages. Selon nous cette onde de pression est la trace d'une vague à l'interface liquide - vapeur, et les fluctuations de la fermeture s'expliquent par un mécanisme type déferlement. Ces fluctuations sont associées à des pics de fréquences marqués, conduisant des nombres de Strouhal, basés sur la longueur moyenne des poches, proches de 0. 2 dans chaque cas. Nous montrons par une analyse quasi statique simple que ce nombre de Strouhal caractéristique résulte probablement d'un couplage poche - écoulement amont. Dans les cas de cloud cavitation, l'analyse des résultats a révélé deux dynamiques distinctes, 1 et 2 [. . . ]

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Momayez, Ladan. "Intensification des transferts pariétaux par l'instabilité de Görtler : influence de la longueur d'onde et de l'amplitude des pertubations amont." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2084.

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Abstract:

Le transfert de chaleur en convection forcée est étudié expérimentalement dans une couche limite se développant sur une paroi concave en présence de tourbillon de Görtler. Le chauffage pariétal est de type densité de flux constant à la paroi. L'analyse de l'effet de la longueur d'onde et de l'amplitude de perturbations en amont montre que plus cette longueur d'onde est petite, plus la transition à la turbulence est rapide. De même une amplitude plus grande des perturbations causent également une transition plus rapide de couche limite. Nous avons montre que sous l'effet de tourbillons de Görtler le transfert de chaleur pariétal peut être augmenté d'environ 250% par rapport au cas d'une couche limite laminaire sur plaque plate. En plus des mesures de transferts en paroi, mesures de la composante longitudinale de la vitesse ont été effectuées dans plusieurs sections transversales par l'anémomètrie à fil chaud. L'effet de la variation de la longueur d'onde et de l'amplitude des perturbations amont sur l'intensification des transferts convectifs et l'apparition de différents régimes d'écoulement de Görtler ont également été étudie à l'aide de ces mesures
Forced convective heat transfer is experimentally studied in a boundary layer over a concave wall in the presence of Görtler vortices. The concave wall is kept constant heat flux condition. Examination of the effects of the wave number and amplitude of the upstream perturbations indicate that the smaller the wavelength the faster is transition to turbulence. In the same way larger perturbation amplitudes cause a faster transition of the boundary layer to turbulence. Görtler vortices intensify wall heat transfer only their non-linear stage which proceed transition to turbulence. We have proved that this intensification is around 250% over the heat transfer in a flat boundary layer. This augmentation is due to the modification of the velocity field caused by the Görtler vortices in their non-linear stage. Longitudinal velocity field in the concave boundary layer, at several streamwise station, was also measured by wire anemometry. These results corroborate the conclusions made on the effects of perturbations wavelength and amplitude on the heat transfer enhancement by Görtler vortices

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Courville, Pascal]. "Modélisation des phénomènes instables, volumiques et interfaciaux, au cours d'une évaporation à pression réduite ou sous champ microonde." Dijon, 1987. http://www.theses.fr/1987DIJOS053.

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Goyeau, Benoît. "Modélisation et simulation numérique des instabilités hydrodynamiques lors d'un stockage en aquifère." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10617.

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Abstract:

Modelisation d'un reservoir de stockage en phase d'injections. Simulation numerique tridimensionnelle du comportement thermique et hydrodynamique a l'aide d'une methode aux elements finis dans le cas d'une configuration cylindrique. Etude des deux instabilites de type rayleigh-benard et staffman-taylor, et des variations de viscosite en convection naturelle en milieu poreux

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Eloy, Christophe. "Instabilité multipolaire de tourbillons." Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX22048.

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Rigon, Gabriel. "Instabilités hydrodynamiques : Application à l'astrophysique de laboratoire et diagnostics X à haute résolution." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX020.

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Abstract:

Le développement des lasers de puissance au cours du 20ème siècle a permis d’atteindre le régime que l'on appelle des hautes densités d’énergie (HDE), où la matière est portée dans des conditions extrêmes. Cela a permis l’essor d’une nouvelle discipline: l’astrophysique de laboratoire. Celle-ci vise à reproduire en laboratoire des conditions comparables à celles observées en astrophysique au sein de planètes, d’étoiles, ou lors de phénomènes cataclysmiques par exemple.Cette thèse porte sur l’étude expérimentale et numérique d’instabilités hydrodynamiques pouvant être trouvées dans de telles situations. Ces instabilités influencent l’évolution d’objets astrophysiques et en gênent l’observation. Ici nous nous intéresserons plus particulièrement aux instabilités de Rayleigh-Taylor (IRT) et de Richtmyer-Meshkov (IRM). La première apparaît dès lors qu’un fluide dense repose sur un fluide moins dense. La seconde peut être considérée comme un cas particulier de la première où la force responsable de l’instabilité est due à une onde de choc. Ces deux instabilités se retrouvent en astrophysique dans les restes de supernovæ, qui sont constitués de la matière éjectée lors de la mort (explosion) d’une étoile massive. Nous pouvons aussi les trouver en fusion par confinement inertiel, où elles sont en partie responsable des difficultés à atteindre l’ignition.Dans cette thèse nous présentons les résultats d’expériences réalisées sur les installations LULI2000 à Palaiseau (France), GEKKO XII à Osaka (Japon) et SACLA (Japon) visant l’étude de ces instabilités. Ces travaux expérimentaux nous ont permis d’observer directement et de reconstituer l’évolution de l’IRT de sa phase linéaire, aux temps courts, à sa phase turbulente, aux temps longs. Nous avons ainsi effectué une étude paramétrique de l’IRT où nous faisions varier les paramètres classiques l’influençant : longueur d’onde de perturbation, rapport des densités au travers de l’interface (nombre d’Atwood). Cela constitue donc une étude expérimentale complète de l’IRT et présente un caractère inédit quant à l’observation de la turbulence avec une résolution sans précédent dans le domaine de la HDE.Cette étude expérimentale est complétée d’une étude numérique réalisée à l’aide de FLASH, un code de magnéto-hydrodynamique développé par l’université de Chicago. Les simulations effectuées lors de cette thèse ont permis à la fois de préparer l’ensemble de l’étude expérimentale, et d’interpréter et de comprendre les résultats.En parallèle de ces études d’instabilités, un diagnostic de radiographie à rayons X à haute résolution spatiale a été développé. Il utilise un cristal de LiF comme détecteur. Une étude des caractéristiques de ce diagnostic a été effectuée (réponse spectrale, variation de résolution…) sur le synchrotron SOLEIL. Cela nous a alors permis d'utiliser le LiF comme détecteur principal lors de nos expériences sur SACLA où une résolution spatiale sub-micronique et temporelle de l’ordre de 10 fs ont été obtenues
During the 20th century, the development of high power laser enabled scientist to reach a regime known as High Energy Density (HED), where matter is carried under extreme conditions. This allow the development of a new discipline: the laboratory astrophysics. This discipline aims to reproduce, in the laboratory, conditions similar to those observed in astrophysics, for instance in planet or star interiors, during cataclysmic phenomena.This thesis corresponds to an experimental and numerical study of hydrodynamic instabilities, which can be found in such situations. These instabilities affect the evolution of astrophysical objects and hinder their observation. Here, we will focus on the Rayleigh-Taylor (RTI) and the Richtmyer-Meshkov (RMI) instabilities. The first one does arise when a high density fluid is lying above a low density one. The second can be seen as a special case of the first, where the force responsible for the motion of the instability is linked to a shock wave. In astrophysics, both instabilities can be found in supernovae remnants, which are composed of the matter ejected during the death (explosion) of massive stars. They can also be found in inertial confinement fusion, and are responsible of the failure of ignition.In this thesis, we will show the results of experiments on those instabilities carried on LULI2000 (Palaiseau, France), GEKKO XII (Osaka, Japan), and SACLA (Japan) facilities. Thanks to these experiments, we observed directly and reconstructed the evolution of the RTI from its linear phase, early in time, up to its turbulent phase, late in time. We proceeded to a parametric study of the RTI, where we varied classical parameters: the wavelength modulation, the density ratio (Atwood number). Therefore, this constitutes a complete experimental study of the RTI with hitherto unseen results. Especially our observation of the turbulence with an unprecedented resolution in this regime (HED).To complete this experimental study, simulations were performed using FLASH, a magneto-hydrodynamic code developed by the FLASH centre (University of Chicago). These simulations allowed us to design our experiments and to analyse and understand our results.Concurrently, we developed a new high resolution X-ray radiography diagnostic. This diagnostic is based on a LiF crystal used as a detector. We proceed to the characterisation of this diagnostic on the SOLEIL synchrotron (spectral response, change in resolution...). This allowed us to use this diagnostic as our main detector on a SACLA experiment, which results on a sub-micron spatial resolution and to a temporal resolution of 10 fs

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Bouruet-Aubertot, Pascale. "Instabilités et déferlement d'ondes internes de gravité." Lyon 1, 1994. http://www.theses.fr/1994LYO10014.

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Abstract:

La dynamique d'ondes internes de gravite stationnaires est abordee au moyen de simulations numeriques directes bidimensionnelles. La premiere partie est consacree a la description des mecanismes d'instabilites conduisant au deferlement d'une onde primaire en evolution libre. Le processus de deferlement est precede d'une phase de croissance lente d'une instabilite primaire a l'origine d'une augmentation progressive du cisaillement et de la pente des isopycnes. Cette instabilite est decrite par la theorie d'interactions resonnantes lorsque l'onde primaire est de faible amplitude. Dans ce cas et lorsque l'onde est de haute frequence, l'instabilite est de type parametrique et conduit a la formation d'une structure spatiale localisee de vorticite croissante. L'apparition brutale de turbulence caracterisant le deferlement est provoquee par une instabilite secondaire de cisaillement. Durant le regime turbulent consecutif, cette instabilite secondaire se produit de maniere intermittente et est associee a des deferlements locaux intenses qui conduisent a une chute brutale de l'energie. La variation de la duree de vie de l'onde a ete etudiee en fonction de sa pente. La deuxieme partie concerne la dynamique d'ondes internes excitees parametriquement. On montre qu'une selection s'opere parmi les modes resonnants, conduisant a la croissance d'un mode dominant. Un regime intermittent est observe marque par l'alternance de periodes de croissance et de decroissance. Les premieres sont liees a l'action constructive de l'excitation alors que les secondes resultent d'un mecanisme non lineaire de saturation de l'instabilite ou de l'occurrence du deferlement ou encore de la conjonction de ces deux phenomenes. Le melange de fluide produit lors du deferlement est enfin estime. Le coefficient de diffusion verticale et l'efficacite de melange sont determines et compares a des valeurs experimentales

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M'chirgui, Ali. "Etude expérimentale de l'hydrodynamique d'un lit fluidisé gaz-particules : analyse des instabilités et des mécanismes d'entraînementdes solides." Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11016.

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Abstract:

Les travaux presentes dans ce manuscrit concernent la caracterisation des instabilites hydrodynamiques dans un lit fluidise gaz-particules. Il s'agit d'une investigation experimentale de l'ecoulement a l'aide de mesures de fluctuations de pression et de visualisation du melange gaz-particules. Cette etude a permit de caracteriser l'origine et le comportement des ondes de pression au sein du lit. Le mouvement fluctuant du lit joue un role important dans les transferts de masse et de chaleur et dans les processus d'erosion au sein des reacteurs a lit fluidise. Dans le regime annulaire, nous avons montre l'existence d'un etat d'ecoulement macroscopique stable et regulier atteint a un debit d'air critique. Cet etat se caracterise par des fluctuations de pression periodiques et des oscillations de hauteur de lit regulieres. En particulier, nous avons identifie la correlation qui existe entre ces deux parametres. La transition du regime annulaire au regime turbulent se traduit par des irregularites au sein du signal de fluctuations de pression. Nous avons identifie experimentalement l'origine de ces instabilites (rupture du cycle annulaire) et nous avons caracterise la frequence d'apparition de ces ruptures (intermittence de type iii). Une approche theorique de ces phenomenes pour predire les caracteristiques des fluctuations de pression a ete mise en place. Le second volet de ces travaux traite de l'influence des fonctions de distribution en taille (fdt) des poudres sur l'hydrodynamique de l'ecoulement dans un lit fluidise et plus particulierement sur l'entrainement des solides. Une analyse experimentale (mesures de debits de solides et analyses granulometriques) et numerique a ete elaboree. En particulier un modele theorique pour la prediction des fdt des solides entraines a ete developpe et valide par nos experimentations.

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Lemoult, Grégoire. "Étude expérimentale de la transition vers la turbulence dans l’écoulement de Poiseuille plan." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066530.

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Abstract:

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale de la transition sous-critique vers la turbulence dans l'écoulement de Poiseuille plan. Les expériences ont été conduites dans un canal hydrodynamique de large rapport d'aspect assemblé au cours de ce travail. Dans un premier temps, nous montrons que le seuil de déclenchement de la turbulence évolue comme une loi de puissance en fonction du nombre de Reynolds avec un exposant égal à -1. Nous étudions ensuite la genèse d'une bouffée turbulente à l'aide de vélocimétrie par image de particules résolue en temps et montrons que son développement est accompagné par une déformation de l'écoulement à grande échelle. Nous caractérisons la structure tri-dimensionnelle de cet écoulement et montrons qu'il est la superposition de deux dipôles, l'un centré sur la partie avale de la bouffée et au centre du canal et le second centré sur la partie amont et proche des parois. Le champ de vitesse tri-dimensionnel à l'intérieur d'une bouffée turbulente est reconstruit à l'aide d'une hypothèse de Taylor et nous observons des structures périodiques présentant de grandes similarités avec les solutions invariantes, non triviales, de l'équation de Navier-Stokes calculées numériquement. Enfin, nous comparons nos données expérimentales à un modèle d'ordre réduit d'advection-diffusion-réaction à une dimension. Nous étendons ce modèle à deux dimensions et reproduisons les caractéristiques principales de la transition vers la turbulence en écoulements cisaillés : temps de vie des bouffées, temps de séparation des bouffées et apparition de motifs en bandes. En dernier lieu, nous proposons un nouveau montage expérimental équivalent à un canal de longueur "infinie"
This thesis is dedicated to the experimental study of the subcritical transition to turbulence in the plane Poiseuille flow. Experiments are carried out in a large aspect ratio hydrodynamic channel built during this work. We first show that the threshold for the onset of turbulence follows a power law with respect to the Reynolds number with an exponent equal to -1. We then study the genesis of a turbulent spot using time-resolved particle-image velocimetry and shows that its development is accompanied by a deformation of the flow at a large scale. We characterized the three-dimensional structure of this large-scale flow and show that this flow is the superposition of two dipoles, the first one centered on the leading edge of the spot and in the center of the channel, and the second dipole centered on the trailing edge and close to the walls. The three-dimensional velocity field inside a turbulent spot is reconstructed by means of a Taylor hypothesis and we observe travelling-wave-like structures similar to non-trivial invariant solutions of the Navier-Stokes equation computed using direct numerical simulation. Finally, we eventually compare our experimental data to a non-linear, reaction-diffusion-advection, low-order model in one dimension. We then extend this model to two dimensions and reproduce the main features of shear flow transition: spot lifetime, spot splitting time and appearance of large-scale banded patterns. Last, we propose a new experimental set-up equivalent to an "infinite" channel

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Lagrange, Romain Georges. "Dynamique d'un fluide dans un cylindre en précession." Aix-Marseille 1, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00447786.

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Abstract:

Cette thèse est une étude théorique et expérimentale de l'écoulement d'un uide dans un cylindre en précession. Elle s'inscrit dans le domaine des écoulements tournants et trouve de nombreuses applications en aéronautique (précession des objets volants avec carburant liquide) et géophysique (inuence de la précession terrestre sur la dynamique du noyau externe). Pour des nombres de Reynolds modérés, l'écoulement d'un uide en précession est une rotation solide à laquelle se superposent des ondes appelées modes de Kelvin. Ces ondes deviennent résonnantes lorsque leur fréquence propre est égale à la fréquence de précession. An de prédire l'amplitude d'un mode de Kelvin résonnant, une théorie visqueuse et faiblement non-linéaire a été développée puis conrmée expérimentalement. Lorsque le nombre de Reynolds augmente, l'écoulement de base devient instable. Des mesures PIV ont montré que cette instabilité est due à une interaction entre le mode forcé par la précession et deux modes de Kelvin libres. Une analyse linéaire de stabilité basée sur un mécanisme de résonance triadique entre modes de Kelvin permet de prédire correctement le seuil et le taux de croissance de l'instabilité. Cette instabilité est saturée par un mode géostrophique créé par l'interaction non-linéaire et visqueuse des modes de Kelvin libres avec eux même. En accord avec les expériences, une théorie faiblement non-linéaire montre que les amplitudes des modes de Kelvin sont stationnaires ou oscillantes (cycles intermittents) en fonction du nombre de Reynolds. Finalement, le point xe des équations non-linéaires (système dynamique à quatre degrés de liberté) prédit correctement l'écoulement moyen à l'intérieur du cylindre, même pour des très grands nombres de Reynolds (i. E. Re > 50000)
This thesis deals with the theoretical and experimental study of the dynamics of a uid inside a precessing cylinder. It is a rotating ow problem which has many applications in aeronautics (precession of a ying object with a propellant liquid) and in geophysics (inuence of the Earth precession on the dynamics of the Earth liquid core). At moderate Reynolds numbers, the precessing ow is the sum of a solid body rotation and waves called Kelvin modes. These waves are resonant when their eigenfrequency equals the precessing frequency. In order to predict the amplitude of a resonant Kelvin mode, a viscous and weakly nonlinear theory has been carried out and conrmed experimentally. When the Reynolds number is increased, the base ow becomes unstable. PIV measurements have shown that this instability is due to an interaction between the Kelvin mode forced by precession and two free Kelvin modes. A linear analysis of stability based on a mechanism of triadic resonance between Kelvin modes predicts correctly the threshold and the growth rate of the instability. This instability is saturated by a geostrophic mode due to the nonlinear and viscous interaction of the free Kelvin modes with themselves. In agreement with experiments, a weakly nonlinear theory shows that the Kelvin modes amplitudes are stationary or oscillating (cycles of intermittency) depending on the Reynolds number. Finally, the xed point of the nonlinear equations (dynamical system with four degrees of freedom) predicts fairly well the mean ow inside the cylinder, even for very high Reynolds numbers (i. E. Re > 50000)

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Milelli, Laura. "Modèle numérique de différenciation des planétésimaux et étude expérimentale de stabilité des continents." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077207.

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Abstract:

La formation précoce des noyaux dans les petits corps du système solaire est étudiée en adoptant une démarche à trois stades. Premièrement, les conditions nécessaires à la fusion de la phase de fer sont étudiées en suivant l'évolution thermique d'un corps pouvant s'accréter. Deuxièmement, la ségrégation gravitationnelle du fer dans une matrice de silicates est adressée à l'aide d'une physique biphasique. Troisièmement, la fusion de la phase de fer associée à sa ségrégation est prise en compte à l'aide d'un système triphasique. Les résultats de ce modèle sont classés sous la forme d'un diagramme qui délimite les régimes différencié et non différencié. Pour les petits corps, les résultats montrent une transition diffuse entre le noyau et la zone d'extraction du fer qui pourrait permettre d'expliquer les pallasites. La lithosphère continentale est compositionnellement stable vis à vis du manteau mais son refroidissement peut la conduire à se déstabiliser. La caractérisation des instabilités des continents est explorée de manière expérimentale. Les résultats montrent que les régimes sont contrôlés par trois nombres sans dimension : le nombre de Rayleigh, le nombre de flottabilité et le rapport d'aspect. La géométrie radiale des déstabilisations conduit à proposer une explication alternative à la ligne volcanique du Cameroun
Early core formation in the solar System is addressed using a three steps approach. First, a thermal evolution model of an accreting planetesimal is built to constrain the conditions needed for the iron phase to melt. Second, gravitational segregation of the iron phase in a silicate matrix is studied using a two-phase physics. Third, the coupled melting and segregation of the iron phase is reproduced with a three-phase model. The results are shown on a diagram which delimits homogeneous and differentiated regimes. For small bodies, the transition between the core and the feeding iron zone could be a source for pallasites. Continental lithosphere is chemically stable in regard to the underlying mantle but it could become unstable dut to cooling. The unstable regime is characterized experimentally. The results show that three non dimensional numbers control the regimes : the Rayleigh number, the buoyancy number and the aspect ratio. The radial pattern leads to propose an alternative explanation to the Cameroon volcanic line

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Lartigue, Ghislain. "Simulation des grandes échelles et instabilités de combustion." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2004. http://oatao.univ-toulouse.fr/7299/1/lartigue.pdf.

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Abstract:

Les nouvelles réglementations européennes sur les émissions de polluants imposent des contraintes de plus en plus strictes aux motoristes. C'est notamment le cas pour les constructeurs de turbines à gaz qui doivent désormais concevoir des moteurs fonctionnant avec un mélange très pauvre en carburant afin de respecter ces consignes. Les émissions polluantes sont ainsi réduites mais un nouveau problème apparaît alors : celui de la stabilité de la combustion. En effet, les régimes de combustion présentant un fort excès d'air sont naturellement plus sensibles aux instabilités de combustion. La prédiction numérique de ces phénomènes d'instabilités est donc au centre des préoccupations de nombreux industriels. Le travail présenté dans ce mémoire de thèse propose de démontrer que de nouveaux outils numériques sont désormais capables de prédire ces instabilités de combustion. Notamment, la méthode de Simulation aux Grandes Echelles, implémentée dans un code de calcul compressible permet de prendre en compte les principaux phénomènes impliqués dans les instabilités de combustion tels que l'acoustique et l'interaction entre le front de flamme et une structure tourbillonnaire. Ce travail de thèse décrit une nouvelle formulation d'un code de Simulation des Grandes Echelles (le code AVBP, développé conjointement par le CERFACS et l'IFP) afin de le rendre capable de modéliser très précisément les phénomènes thermodynamiques et chimiques liés à la combustion. Une validation de ce travail sera présentée dans une géométrie complexe (le foyer PRECCINSTA). Les résultats numériques sont comparés avec succès à des mesures expérimentales effectuées par le DLR Stuttgart (Allemagne). De plus, une analyse approfondie de l'acoustique de la configuration et de son interaction avec la combustion est présentée. Pour cette analyse, un autre code du CERFACS (AVSP) a été utilisé.

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Ouriemi, Malika Ouerda Sandrine. "Erosion, transport et instabilités d'un lit de particules dans un tube." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11045.

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Abstract:

Un lit de particules, par exemple le lit d'une rivière ou les dépots d'hy drates dans un pipeline, peut évoluer de différentes manières quand il est soumis à un écoulement de fluide. Nous étudions expérimentalement l'interaction fluide/particules dans la géométrie d'un tube. En faisant varier les paramètres expérimentaux, nous avons déterminé l'existence de cinq régimes différents : particules immobiles, mise en mouvement du lit plat, formation de dunes laminaires, formation de dunes à vortex et apparition de dunes sinueuses. Ce travail s'articule principalement en quatre parties. Après l'étude qualitative des différents régimes existant, nous avons montré que le lit de particules se met en mouvement quand les forces hydrodynamiques deviennent supérieures à une fraction du poids apparent des particules, c'est-à-dire pour un nombre de Shields critique constant sur une large gamme de Reynolds particulaire. Un modèle continu à deux phases, dans lequel nous avons utilisé une rhéologie de type frottement solide pour modéliser la contrainte solide, nous permet de déterminer le flux de particules et de prédire l'évolution expérimentale du lit plat. En réalisant une étude de stabilité linéaire dans laquelle le flux de particules obtenu est couplé avec l'écoulement de fluide sur un fond fixe, nous avons déterminé le seuil d'apparition des dunes laminaires. Ce seuil correspond à un nombre de Reynolds constant et présente un bon accord avec les résultats expérimentaux dans la limite du modèle. Les expériences et les modèles réalisés nous permettent de construire un diagramme de phase représentant les zones d'existence des différents régimes observés dans le tube.

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Chacha, Mama. "Instabilites hydrodynamiques des jets en systemes liquide-fluide : analyse numerique." Aix-Marseille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX11020.

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Abstract:

Le memoire de these presente une investigation des mecanismes physiques qui regissent l'ecoulement d'un jet de liquide axisymetrique dans une phase continue non miscible. Apres avoir defini les limites des travaux existants, le comportement spatio-temporel de ces systemes est etudie au moyen d'une simulation numerique directe. Le systeme physique jet-phase continue est confine dans une enceinte coaxiale rigide. Le modele mathematique traite des jets infinis et des jets semi-infinis. Ce modele prend en compte l'ensemble des parametres physiques du systeme. L'approche numerique adoptee permet une grande precision et facilite le traitement de la surface du jet. Le code de calcul permet de suivre l'evolution du systeme et de connaitre la position exacte de l'interface depuis l'initiation d'une perturbation jusqu'a la rupture eventuelle du jet en gouttes. En presence de nonlinearites, le critere de stabilite de rayleigh-plateau devient dependant de l'amplitude initiale de la perturbation et la desintegration du jet produit des gouttes de taille differente. Pour les systemes typiques etudies, les gouttes secondaires sont obtenues pour tous les nombres d'onde instable. L'influence des proprietes physiques et du confinement sur l'instabilite et la rupture du jet est mise en evidence. Ce code de calcul peut traiter une classe etendue de problemes d'ecoulement avec interfaces mobiles

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Alloin, Eliott. "Etude numérique des instabilités hydrodynamiques dans le distributeur et l'avant-distributeur de turbines-pompes." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI025.

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Abstract:

Pour améliorer la stabilité de réseau électrique et permettre une meilleure intégration des énergies renouvelables intermittentes, les Turbines-Pompes (TP) dans les Stations de Transfert d'Énergie par Pompage (STEP) sont utilisées plus loin de leur point de fonctionnement nominal en mode pompe. Une zone d'instabilité hydrodynamique limite le fonctionnement des TP en mode pompe pour la charge partielle (haute chute). Les performances d’une pompe en charge partielle restent cependant difficiles à prédire numériquement. Dans cette étude, des Simulations des Grandes Échelles (SGE ou LES) sont utilisées pour améliorer la prédiction de l'instabilité hydrodynamique survenant dans le cadre. Les simulations sont réalisées sur une géométrie complète de TP pour plusieurs points d'opération. Une approche Arbitraire Lagrangienne-Eulérienne (ALE) avec Adaptation Dynamique de Maillage (DMA) est utilisée pour prendre en compte la rotation de la roue. De plus une stratégie de convergence en maillage est utilisée et permet de garantir une bonne discrétisation du champ de vitesse moyenne et qu'une part suffisante de l'énergie turbulente est résolue. Une attention spécifique est donnée à la comparaison avec les résultats expérimentaux. Les simulations LES montrent des résultats similaires aux résultats d'essais réalisés par General Electric Hydro Solutions. Les décollements (tournants ou non) dans le cadre sont prédits à charge partielle par ces simulations. De plus, il est montré que ces décollements influencent l'écoulement dans la roue ce qui conduit à des lâchés tourbillonnaires proches des bords de fuite des pales. Ce phénomène génère des pertes et est responsable de la pente positive sur la courbe caractéristique de la pompe conduisant à un comportement instable de la machine. Des simulations SAS (Scale Adaptative Simulation) sont aussi réalisées sur la géométrie complète de TP. Ces dernières prédisent les mêmes pertes que les LES sauf dans la roue où elles manquent le phénomène de lâché tourbillonnaire au bord de fuite des aubes. D'autres simulations LES, sur une configuration simplifiée, permettent de mettre en valeur certains paramètres influençant les décollements dans le cadre. Ces travaux donnent ainsi un éclairage nouveau sur les instabilités hydrodynamique en charge partielle
For improved grid stability and better integration of intermittent renewable energies, Pump Turbines (PT) in Pump Storage Plants (PSP) are used in pump mode further away than their design point. In pump mode, the hump zone limits the operating range at part load (high head). The numerical prediction of the PT performances of this part-load instability is still challenging. In this study, Large Eddy Simulations (LES) are used to improve the prediction of the tandem cascade hump. Simulations on a full PT geometry are done for several operating points. An Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE) approach coupled with a Dynamic Mesh Adaptation (DMA) methodology is used to take into account the runner rotation. Moreover, a mesh convergence strategy is used to guarantee the accuracy of the mean field discretization, and to ensure the resolution of a sufficient part of the turbulent scales. Specific attention is paid to properly comparing simulations to experimental tests. Simulations results are in good agreement with experimental results obtained with platform tests made by General Electric Hydro Solutions. Part-load simulations predict (rotating or alternate) stalls in the tandem cascade. Moreover, it is shown that those stalls influence the flow in the runner where vortices, close to the trailing edges of the blades, are generated. This phenomenon generates losses and is responsible for the positive slope in the pump characteristic curve leading to unstable pump behavior. Scale Adaptative Simulations (SAS) are also used on the full PT geometry. The latter predict the same losses as LES except in the runner where they fail to predict the trailing edge vortices. Other LES simulations, on a simplified configuration, highlight parameters influencing tandem-cascade stalls. This study allows a new insight into part-load instability

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Villain, Loïc. "Instabilités hydrodynamiques relativistes et processus Urca hors équilibre dans les étoiles à neutrons en rotation." Paris 7, 2002. http://www.theses.fr/2002PA077196.

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Duru, Paul. "Lois constitutives et instabilités en fluidisation liquide-solide." Aix-Marseille 1, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX11029.

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Abstract:

Un lit fluidisé est une suspension de particules soumises à un écoulement de fluide contraire à la gravité. Ce type de système est utilisé dans l'industrie depuis le début du 20ième siècle. Un des problèmes essentiels des lits fluidisés concerne l'écriture des équations de base servant à décrire ce genre de système. Quelques ingrédients essentiels ont été découverts mais la description générale reste un défi. Nous avons entrepris de tester expérimentalement les différents termes du modèle à deux phases qui est utilisé depuis les années 1970. Nous avons examiné expérimentalement l'instabilité en onde plane de concentration qui est la première instabilité qui apparaît en fluidisation liquide-solide. La comparaison entre la forme expérimentale de l'onde et celle issue d'une résolution des équations du modèle à deux phases permet de déterminer les lois constitutives du mátériau fluidisé, viscosité et pression de la phase solide, quantités qui sont indispensables à la fermeture des équations. Un autre problème crucial concerne l'apparition de bulles dans les lits fluidisés gaz-solide. Une bulle est une zone claire de fluide qui se propage dans le lit. L'origine physique de telles structures est encore mal comprise. A l'aide d'un dispositif expérimental inspiré de celui utilisé pour l'étude de l'instabilité en ondes planes, nous avons pu mettre en évidence, pour la première fois expérimentalement, un mécanisme de formation des bulles, suite à l'instabilité secondaire du train d'ondes planes.

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Pagani, Bruno. "Explosion asymétrique des supernovæ gravitationnelles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS244.

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Abstract:

L’histoire de l’observation des supernovæ remonte à plusieurs millénaires, mais cela fait moins de cent ans que l’on sait que certaines d’entre elles marquent la fin de vie des étoiles massives. L’effondrement gravitationnel du cœur de fer de ces étoiles peut conduire à la formation d’une étoile à neutrons et au déclenchement d’une de ces explosions spectaculaires, ainsi appelées supernovæ gravitationnelles. Les mécanismes à l’œuvre dans la région la plus interne de l’étoile durant les quelques centaines de millisecondes suivant l’effondrement initial jouent un rôle clé dans le succès ou non de l’explosion. En particulier, les instabilités multi-dimensionnelles telles que l’instabilité du choc d’accrétion stationnaire (SASI) ou la convection induite par les neutrinos sont susceptibles d’augmenter efficacement le chauffage de la matière par les neutrinos émis depuis la proto-étoile à neutrons et de donner lieu à des explosions fortement asymétriques.Dans cette thèse, ces phénomènes sont étudiés à l’aide de simulations numériques d’un modèle simplifié à deux dimensions. Cela permet une vaste exploration de l’espace des paramètres qui serait inaccessible pour les modèles plus réalistes.La frontière entre explosion et effondrement en trou noir est déterminée dans un espace à trois paramètres que sont la rotation stellaire, le chauffage par les neutrinos et le taux d’accrétion — qui est relié à la masse du progéniteur. La surface critique ainsi définie permet de caractériser l’impact des instabilités multi-dimensionnelles sur le seuil d’explosion. Les effets de la rotation sont importants pour les modèles présentant un faible taux d’accrétion. Ces résultats permettent de réconcilier ceux de différents modèles réalistes. Le caractère stochastique des résultats à proximité de la transition est mis en évidence ; celui-ci est d’autant plus important que la rotation et le taux d’accrétion sont faibles. Les différents chemins vers l’explosion observés dans nos simulations sont décrits et illustrés par l’analyse d’un échantillon emblématique de modèles. Les rôles respectifs des différentes instabilités et leurs signatures sont discutés.L’ensemble des ∼600 simulations réalisées constitue une base offrant de nombreuses perspectives d’analyses futures
The observational history of supernovæ dates back to several millennia, but it has been less than one hundred years since we know that some of them mark the death of massive stars. The gravitational collapse of the iron core at the centre of those stars can lead to the birth of a neutron star and the onset of one of those spectacular explosions, thus called core-collapse supernovæ. The mechanisms at work in the innermost part of the star during the first few hundred milliseconds after the initial collapse play a key role in the success or the failure of the explosion. In particular, multi-dimensional instabilities like the standing accretion shock instability (SASI) or the neutrino-driven convection are likely to increase efficiently the matter heating by neutrinos emitted from the proto-neutron star and yield highly asymmetric explosions.In this thesis, those phenomena are studied with the help of numerical simulations of a simplified two dimensional model. This allows for a vast exploration of the parameter space that would be unreachable for more realistic models.The boundary between explosion and collapse into a black hole is established in a three parameter space, namely the stellar rotation, the neutrino heating and the accretion rate —which relates to the progenitor mass. The critical surface so defined allows us to characterise the impact of multi-dimensional instabilities on the explosion threshold. The effects of rotation are important for models with a low accretion rate. These results allow us to reinterpret the seemingly contradictory results of more realistic models. The stochasticity of the results near the explosion threshold is highlighted. This effect is more pronounced for low rotation and accretion rates. The different paths to explosion observed in our simulations are described and illustrated with the analysis of a representative sample of models. The respective roles of the different instabilities and their signatures are discussed.The set of ∼600 simulations constitutes a database offering numerous perspectives for future analysis

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Saiseau, Raphael. "Thermo-Hydrodynamique dans les systèmes critiques : instabilités, relaxation et évaporation." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0184.

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Abstract:

Pour qu’une goutte se forme au bout d’une colonne liquide, celle-ci doit se pincer jusqu’à atteindre l’échelle atomique à la rupture, couvrant de fait toutes les échelles spatiales. Des résultats expérimentaux et théoriques récents montrent que ce phénomène quotidien reste mal compris dès lors que la taille caractéristique du pincement atteint celle des fluctuations thermiques ambiantes. Au cours de ce travail, nous proposons d’approfondir cette problématique de l’importance des fluctuations en considérant des mélanges diphasiques quasi-critiques séparés comme modèle de liquides et interfaces fluctuants et en caractérisant expérimentalement la dynamique de différents mécanismes de retour à l’équilibre: instabilité d’une colonne liquide, relaxation d’une interface et évaporation d’une goutte. En outre l’étude de ces phénomènes a été réalisée dans le cas d’interfaces ultra-molles en faisant varier continûment leurs propriétés hydrodynamiques, thermodynamiques et stochastiques avec l’écart à la température critique. Dans un premier temps, l’interface de mélanges diphasiques quasi-critiques est mise hors équilibre à l’aide de la pression de radiation d’une onde laser pour créer in situ des colonnes liquides et des gouttes. Des outils de détection par analyse d’images spécifiques aux liquides fluctuants proches de leur point critique ont également été développés. On montre alors, contrairement à l’image classique, que la brisure de ligaments liquides, induite par une instabilité de Rayleigh-Plateau, résulte d’une superposition de modes. Ceci nous a alors permis, à l’aide d’une analyse de Fourier dynamique, de retrouver l’intégralité de la relation de dispersion dans le cas d’une déstabilisation spontanée. On montre ensuite dans un travail préliminaire sur l’étalement d’une goutte liquide sur une paroi solide l’existence de deux régimes de retour à l’équilibre : un régime de relaxation non linéaire de la goutte vers une calotte sphérique et un régime auto-similaire de cette calotte caractérisé par une dynamique d’étalement de type Tanner. La présence significative d’évaporation dans la dynamique d’étalement a aussi été observée dans certains cas, ce qui motive un prolongement de ce travail articulé autour d’une modélisation adéquate. Une dernière étude a été menée sur l’évaporation d’une goutte isolée, constituant de fait la première investigation expérimentale sur l’évaporation à paramètre d’ordre conservé, de surcroît dans un liquide binaire proche de son point critique. Contre toute attente, les dynamiques d’évaporation et de remontée de gouttes semblent non conformes à une description diffusive et gravitaire, leur comportement étant notamment indépendant de l’écart à la température critique. L’ensemble de ces comportements a été vérifié sur une large gamme en écarts à la température critique, suggérant un caractère universel au sens des phénomènes critiques. En définitive, les comportements hydrodynamiques ont été bien retrouvés là où les comportements thermodynamiques demeurent incompris, nous interrogeant sur leur couplage notamment par l’intermédiaire des fluctuations thermiques. On notera en revanche qu’il est désormais possible à l’aide des outils mis en œuvre d’avoir accès simultanément à l’échelle macroscopique de la dynamique et à l’échelle microscopique des fluctuations d’interface, ouvrant la voie à une analyse plus complète, multi-échelle, des phénomènes déjà observés lorsque ceux-ci sont dominés par les fluctuations
To form a drop at the tip of a liquid column, a pinching process has to occur until it reaches the atomic scale at the final break-up, covering all length scales. Some recent experimental and theoretical results show that this common phenomenon is still poorly understood when the pinching reaches the thermal fluctuations length scales. Here, we try to deepen our understanding by using phase separated near-critical binary liquids as model of fluctuating liquids and interfaces and by looking at different relaxation dynamics of out of equilibrium situations: instability of a liquid column, interface relaxation and droplet evaporation. Hence, the study of these phenomena is performed using ultra-soft liquid interfaces and continuously varying hydrodynamic, thermodynamic and stochastic properties with the shift to the critical temperature. In a first step, the interface of these near-critical binary liquids is initially driven out of equilibrium using the radiation pressure of a laser wave in order to create in situ liquid columns and droplets. Dedicated tools for image analysis of near-critical fluctuating fluids were also developed. Then, we show that, contrary to the classical idea, liquid ligaments break-up triggered by Rayleigh-Plateau instability comes from modes superposition. This enables us, using Fourier analysis, to build the full dispersion relation for spontaneous break-up. Secondly, a preliminary work on drop spreading on solid surface established the existence of two dynamical regimes: one nonlinear relaxation mechanism to a spherical cap followed by an auto-similarity behavior of this spherical cap characteristic of Tanner’s spreading. A significant amount of evaporation was also observed in some spreading dynamics, calling for a work extension considering adapted models. A last study was performed on single droplet evaporation. It constitutes the first experimental work on conserved order parameter evaporation, furthermore for near-critical binary liquids. Against all odds, the measured evaporation and droplet rising dynamics seem completely unfit when using diffusion and gravity coupling descriptions. In particular, their behaviors are independent to the proximity to critical point. All these behaviors are verified over a large variation of distances to the critical point. As such, they seem to be universal within the criticality meaning. Eventually, the hydrodynamic behavior are verified when the thermodynamic one stay misunderstood. This raises questions on their coupling by means of thermal fluctuations. Nonetheless, thanks to the developed tools, we are now able to simultaneously get the macroscopic scale of the dynamics and the microscopic scale of interface fluctuations opening the way to more complete, multi-scale, analyses, in the fluctutations dominated case of the already observed phenomena

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Dubrulle, Bérengère. "Instabilités, turbulence et transport dans les disques d'accrétion par méthodes asymptotiques : [thèse en partie soutenue sur un ensemble de travaux]." Toulouse 3, 1990. http://www.theses.fr/1990TOU30216.

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Abstract:

Nous abordons dans cette these un des problemes majeurs de la theorie des disques d'accretion: l'origine de la turbulence et son influence sur le transport et la dissipation de l'energie. A l'aide d'une etude analytique et numerique, nous prouvons que la source de la turbulence est probablement le cisaillement keplerien, via des instabilites d'amplitude finie. Nous nous consacrons ensuite a l'etude theorique du concept de viscosite turbulente. Nous mettons en evidence ses conditions d'existence et les relions aux symetries de l'ecoulement turbulent. Nous etablissons ensuite la formule permettant de calculer la viscosite turbulente a partir de l'ecoulement de base et montrons sur un exemple l'existence de viscosites negatives. Nous effectuons enfin une synthese des resultats obtenus en demontrant l'influence de l'anisotropie du disque et de la rotation surla dissipation de l'energie, ainsi que l'importance de la compressibilite et des ondes. Nous proposons un scenario auto-consequent de generation de la turbulence a partir du cisaillement reposant sur des interactions ondes-turbulence. La these se conclut sur un travail d'optimisation effectue sur une methode nouvelle de resolution des equations de navier-stokes: les gaz sur reseau

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Laguerre, Raphaël Georges. "Approximation des équations de la MHD par une méthode hybride spectrale-éléments finis nodaux : application à l'effet dynamo." Paris 7, 2006. http://www.theses.fr/2006PA077035.

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Abstract:

Le travail presente dans ce manuscrit se rapporte a l'etude de l'effet dynamo qui est a l'origine du champ magnetique terrestre. Ce travail consiste en la conception, l'analyse et l'exploitation d'un code de calcul pour les equations de la magnetohydrodynamique 3d, base sur une methode mixte ou cohabitent elements finis et decomposition spectrale. Les geometries considerees sont a symetrie de revolution pour permettre la decomposition des variables en serie de fourier dans la direction azimutale. Les proprietes electro-magnetiques (conductivites electriques et permeabilites magnetiques) des materiaux peuvent etre heterogenes. Le! conditions de passage a l'interface conducteur-isolant pour le champ magnetique sont imposees a l'aide d'une methode de penalisation. Sont presentes dans ce manuscrit la methode de resolution , plusieurs cas de validation hydrodynamiques et d'induction magnetique et des resultats obtenus en rapport etroit avec les experiences de dynamo (von karman sodium (cadarache) et la dynamo dans un tore (perm)). Les resultats portent principalement sur l'influence des proprietes electromagnetiques des parois sur les seuils de l'instabilite dynamo
The research objective of this work is to develop a new three dimensional code for the magnetohydrodynamic equations in any axisymmetric container. The numerical method is based on a fourier decomposition of the variables in the azimuthal direction and a finite element method in the meridian plane. The electro-magnetic properties of the material can be heterogeneous and the continuity of the magnetic field at the interface between conducting regions and insulating regions is imposed using an interior penalty galerkin method. The main interest of this work is to mode the so-called dynamo effect which is believed to be at the origin of the earth's magnetic field. After several validations of both hydrodynamic and| induction codes, different cases of experimental dynamo are modelled. We have studied the influence of several parameters like wall thickness or wall conductivity on the onset of dynamo action for the von karman experiment (cadarache) and the dynamo in a torus (perm device)

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Boulanger, Nicolas. "Dynamique d'un tourbillon en milieu stratifié : instabilité centrifuge et effets de l'inclinaison." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11058.

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Tatulcenkovs, Andrejs. "Dynamique non-linéaire de la surface d'un liquide magnétique dans une cellule de Hele-Shaw." Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077170.

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Abstract:

On étudie l'instabilité de l'interface libre d'un fluide magnétique dans une cellule de Hele-Shaw placée dans un champ magnétique homogène et sous l'influence de l'énergie extérieure. On considère la dynamique non linéaire d'une bulle en cours d'émersion au sein de fluide magnétique dans une cellule verticale de Hele-Shaw sous l'action d'un champ magnétique perpendiculaire. L'analyse linéaire de stabilité montre que les incréments d'augmentation de petites perturbations de l'interface ne dépendent pas de forces gravitationnelles. Ce résultat est confirmé par la simulation numérique de la dynamique d'une bulle à partir de la technique des équations intégrales de frontière. Pour la simulation numérique de l'équation de l'évolution de l'interface d'une bulle on utilise la méthode pseudo-spectrale de décomposition à petite échelle. . A l'aide de la simulation numérique de la dynamique d'une bulle la bifurcation de Hopf a été établie pour le régime oscillatoire. Il est démontré que pour les valeurs importantes du nombre magnétique de Bond, la dynamique d'une bulle devient plus complexe. L'instabilité de l'interface libre d'un fluide magnétique dans une cellule de Hele-Shaw à épaisseur variable a été étudiée. Les résultats numériques montrent le rôle des forces magnétiques dans les processus de développement de l'instabilité, elles réduisent la longueur des ondes lors de petites perturbations de l'interface en provoquant un processus de fractionnement plus prononcé. Elles définissent également le mode dans lequel une gouttelette restaure sa forme ronde lors de valeurs élevées de l'épaisseur de l'écart dans les cas où les forces capillaires sont supérieures. On analyse numériquement et de la manière analytique le comportement de l'anneau de fluide magnétique dans une cellule de Hele-Shaw dans le champ magnétique. Le nouvel effet stabilisateur des interactions magnétiques a été détecté pour le filet de liquide. Il est démontré que le champ magnétique stabilise l'anneau de fluide magnétique et empêche son fractionnement en gouttelettes distinctes
The instabilities of the magnetic fluid free interface in a Hele-Shaw cell under the action of a uniform magnetic field and input of an external energy are studied. The nonlinear dynamics of a rising bubble in the vertical Hele-Shaw cell with magnetic fluid under the action of perpendicular field is considered. By linear stability analysis it is shown that the increments of the growth of the interface perturbation modes do not depend upon the gravitational force. This result is confirmed by numerical simulation of the bubble dynamics, which is based on the boundary integral equation technique. For the numerical solution of the bubble interface evolution equation the pseudospectral technique with small scale decomposition is used. By numerical simulation of the bubble dynamics the Hopf bifurcation to the oscillatory regime is found. It is shown as at larger values of the magnetic Bond number the dynamics of the bubbles becomes rather complicated. The free surface instability of magnetic fluid in the Hele-Shaw with time dependent gap is theoretically and numerically studied. Numerical results illustrate the role of magnetic forces in the instability - they diminish the selected wavelength of the interface perturbation, lead to more pronounced tip splitting events, and select the mode by which the droplet restores the circular shape at large thickness of the gap, when the role of the capillary forces is larger. The behavior of magnetic fluid ring in Hele-Shaw cell with magnetic field is analyzed, both theoretically and numerically. A new stabilizing effect of the thin strip by the magnetic interaction is found. It is also shown that magnetic field stabilizes the magnetic fluid ring and does not allow to break into discrete droplets

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Mariani, Christian Jules Lucien. "Etude expérimentale d'instabilités d'interfaces induites par une onde de choc au moyen d'un dispositif de visualisation par coupe plane laser." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11072.

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Khenner, Mikhail. "Stabilite des ecoulements vibratoires dans une couche liquide continument stratifiee, et dans un systeme de deux couches immiscibles et de densites differentes." Aix-Marseille 2, 1998. http://www.theses.fr/1998AIX22073.

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On a etudie la stabilite des ecoulements fermes 2d, stratifies en densite, soumis a un champ vibratoire polarise lineairement, avec l'axe des vibrations dirige normalement au gradient de densite. Plusieurs types d'instabilites vibratoires ont ete observes : dans un systeme liquide continument stratifie et dans un systeme bicouche de liquides immiscibles. Dans le cas d'un liquide continument stratifie, on presente l'analyse des problemes de stabilite lineaire dans les limites : (a) du modele de fluide parfait (dans le cas de frequences finies), et (b) de l'approximation des vibrations a haute frequence. Enfin (c), le probleme de la stabilite lineaire est examine en formulation complete, c. A-d. Qu'on examine les effets lies a l'insertion des mecanismes dissipatifs : la diffusion moleculaire et la viscosite (dans le cas des hautes frequences). Dans le cas du systeme bicouche de liquides immiscibles, on presente l'analyse des problemes de stabilite lineaire dans les limites : (a) du modele de fluide parfait (frequences finies), (b) du modele phenomenologique visqueux (frequences finies). On a etudie aussi (c) l'instabilite faiblement non-lineaire pour des ondes longues (hautes frequences) et enfin, (d) le probleme de la stabilite lineaire en formulation complete, c. A-d. Pour les liquides visqueux soumis a un champ de vibrations a frequence finie. Les problemes de stabilite hydrodynamique formules ci-dessus ont ete analyses par voies theorique et numerique, en utilisant une serie de methodes theoriques et pratiques. On propose aussi un algorithme numerique efficace pour la solution des problemes lineaires spectraux sur les ordinateurs a processeurs paralleles.

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Errafiy, Mustapha. "Transition vers le chaos dans le problème de Bénard profond." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10158.

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Abstract:

On étudie le phénomène convectif de Rayleigh-Benard dans une couche horizontale d'un liquide dilatable. L'analyse asymptotique des équations de Navier-Stokes régissant cet écoulement met en évidence la présence d'un paramètre lié à l'épaisseur de la couche. L'étude du système d'équations aux dérivées partielles linéaire associé montre que le seuil critique (à partir duquel le mouvement convectif naît et s'organise) dépend essentiellement de ce paramètre. Dans le but d'élucider les modifications dynamiques qu'engendre ce nouveau paramètre, on a exploré différents systèmes d'équations différentielles ordinaires, non linéaires, issus des diverses troncatures dans la méthode de Galerkin. En particulier, la résolution numérique d'un système résultant d'une projection dans un espace à quinze dimensions montre clairement l'influence de l'épaisseur de la couche de fluide sur la séquence des bifurcations précédant le phénomène chaotique via l'apparition d'un attracteur étrange dans l'espace des phases.

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Leblanc, Stéphane. "Instabilités tridimensionnelles dans un fluide en rotation." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1997. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1724_sleblanc.pdf.

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Abstract:

Une étude détaillée de la force de Coriolis sur les instabilités linéaires tridimensionnelles d’un écoulement plan stationnaire est proposée. Pour des états de base à topologie simple (tourbillons circulaires ou elliptique, écoulements cisaillés ou hyperboliques), les conditions suffisantes d’instabilités existant dans la littérature peuvent être exprimées de façon unique. Ces mécanismes permettent d’appréhender les effets stabilisants ou déstabilisants de la force de Coriolis. Pour des états de base à topologie plus complexe, comme les écoulements à ligues de courant non-parallèles présentant des zones non tourbillonnaires, une certaine confusion régnait. Cependant, en utilisant la théorie de stabilité de type « optique géométrique » développée récemment par Lifschittz & Hameiri (1991), la stabilité de tout écoulement peut être aisément appréhendée. Cette méthode WKB permet de ramener le problème linéaire à un système d’équations différentielles ordinaires évoluant le long des trajectoires de l’état de base. Quand celui-ci possède des points de stagnation (ou d’arrêt), une condition suffisante d’instabilité peut être exprimée en présence de la force Coriolis, en analogie avec certains résultats classiques de la ‘théorie de la distorsion rapide » (RDT). Les tourbillons de Stuart (1967) servent de fil conducteur à l’exposé. Cette solution exacte bidimensionnelle des équations d’Euler représente un alignement de rouleaux de kelvin-Helmholtz de cœur elliptiques, séparés par des régions de type hyperbolique. Une analyse de stabilité basée sur les versions non parallèles des équations d’Orr-Sommerfeld et de Squire est proposée, et la validité de la méthode d’optique géométrique est vérifiée. Les instabilités hyperboliques et elliptiques entrent en compétition et les effets de la force de Coriolis peuvent être résumés par : les anticyclones forts sont instables
A detailed investigation of the effects of the Coriolis force on the tridimensional linear instatabilities of a steady plan fliox is proposed. Fir basic states with simple topology (circular or elliptical vorcities, shear or hyperbolic flows), the sufficient conditions for instability existing in the literature may be expressed solely. These mechanisms allow to apprehend the stabilizing or destabilizing effects of the Coriolis force. For the basic with more complex topology, such as flows with non-parallel streamlines and vertical region, there was some confusion. However, by using the “geometrical optics” stability theory developed by Lifschitz & Hameriri (1991), the stability of any flow may be easily studied. This WKB method allows to reduce the linear problem to a system of ordinary differential equations evolving along the trajectories of the basic states. When this latter exhibists stagnation points, classical results of the “rapid distorsion thery” RDT). The Stuart vortices (1967) are the guide line of the present work. This exact two-dimensional solution of the Euler equations mimics a row of Kelvin-Helmholtz rolls with elliptical cores, separated by hyperbolic regions. A stability analysis based on non-parallel versions of the Orr-Sommerfeld Hyperbolic and elliptical instabilities compete and the effects of the Coriolis force may be summarized by : strong anticyclones are unstable

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Igonin, Maksim. "Instabilités hydrodynamiques des liquides magnétiques miscibles et non miscibles dans une cellule de Hele-Shaw." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007716.

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Abstract:

Ce manuscrit décrit analytiquement et numériquement les instabilités d'un fluide magnétique dans une cellule de Hele-Shaw. On considère l'interface entre un fluide magnétique et un autre fluide non magnétique, miscible ou non, soumise à un champ magnétique homogène normal à la cellule ou à l'interface. Le champ démagnétisant est inhomogène à cette interface et génère un mouvement convectif des fluides. Dans la première partie, nous avons utilisé une analyse linéaire de stabilité entre deux liquides miscibles pour une distribution donnée de concentration à l'interface. Les résultats s'appliquent aussi à la stabilité d'un réseau de concentration induit par une expérience de Rayleigh forcé. Nous avons démontré que l'équation de Brinkman décrit mieux la dissipation visqueuse dans une cellule de Hele-Shaw que celle de Darcy. Nous avons trouvé que la viscosité (et non la diffusion massique) donnait à l'écoulement une échelle de longueur de l'ordre de l'épaisseur de la cellule dans le cas des forçages élevés. Dans la seconde partie de notre étude, nous avons modélisé la dynamique non linéaire de l'interface avec une tension superficielle par la méthode des intégrales de frontière. Nous avons décrit la modification des doigts de Saffman–Taylor par les forces magnétostatiques. Nous avons obtenu des structures dendritiques proches de celles observées expérimentalement et analysé quelques aspects de la formation des motifs.

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Dissertations / Theses on the topic 'Instabilités hydrodynamiques'

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