Teses / dissertações sobre o tema "Instabilité 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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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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Eloy, Christophe. "Instabilité multipolaire de tourbillons". Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX22048.
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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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Riedinger, Xavier. "Instabilité radiative d'un tourbillon dans un fluide stratifié". Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11053.
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Les tourbillons dans les ecoulements geophysiques sont souvent nombreux et presents a plusieurs echelles. Ils interviennent aussi bien dans la dynamique des ecoulements que dans leurs proprietes statistiques. Afin d'identifier precisement le r^ole des tourbillons dans les proprietes globales d'un ecoulement geophysique, il est important de conna^itre aussi finement que possible leur dynamique individuelle. Avec cet objectif, nous etudions dans cette these par des moyens theoriques, numeriques et experimentaux, les proprietes de stabilite de tourbillons stratifies modeles : le tourbillon de Lamb-Oseen et une famille d'ecoulements en rotation de Taylor-Couette et de Kepler. Nous montrons notamment que ces ecoulements, stables en milieu homogµene, peuvent devenir instables en presence d'une stratification stable le long de leur axe de rotation. Les trois types d'ecoulements sont soumis a une m^eme forme de destabilisation, l'instabilite radiative dont nous decrivons le mecanisme. Pour le tourbillon de Lamb-Oseen, une etude numerique exhaustive des proprietes de stabilite est realisee en fonction des nombres de Reynolds et de Froude, caracterisant les forces visqueuses et de flottabilite du fluide. Pour de faibles nombres de Reynolds, nous montrons que le mode le plus instable conduit µa une ondulation du vortex que l'on reussit a retrouver experimentalement. Pour l'ecoulement de Taylor-Couette genere par un cylindre en rotation, le mode le plus instable est egalement helicoïdal mais il conduit a une structure rayonnante plus marquee. Nous reussissons egalement a identifier ce mode dans les experiences. En utilisant l'ombroscopie et la technique du "synthetic schlieren", nous montrons aussi que la frequence et la longueur du mode observe sont en tres bon accord avec les predictions numeriques. D'autres resultats numeriques sont presentes qui montrent notamment que l'instabilite radiative n'est que partiellement reduite par la rotation planetaire et qu'elle pourrait etre presente dans un ecoulement keplerienVortices are widely present in geophysical flows at all scales. They are involved in the dynamics of flows as well as in their statistical properties. In order to identify precisely their role in the global properties of the flow it is important to know their individual dynamics as finely as possible. With this purpose, we study in this thesis through theoretical, numerical and experimental means, the stability properties of models of stratified vortices : The Lamb-Oseen vortex and a family of Taylor-Couette and Keplerian rotative °ows. We show, in particular, that these flows, stable in a homogeneous fluid, can become unstable in the presence of a stable stratification along their rotation axis. The three kinds of flows are subject to the same form of destabilisation, the radiative instability of which we describe the mechanism. For the Lamb-Oseen vortex, a comprehensive numerical study is performed by varying the Reynolds number and the Froude number which characterize the viscosity and the buoyancy of the fluid. For low Reynolds numbers, we show that the most unstable mode leads to an undulation of the vortex that we have obtained successfully in the experiments. For the Taylor-Couette flow generated by the rotation of a cylinder, the most unstable mode is also helical but it exhibits a more pronounced radiative structure. We also succeeded in obtaining this mode experimentally. The frequency and wavelength of the mode have been measured using shadowgraphy and the synthetic schlieren technique, and a very good agreement with the numerics has been demonstrated. Other numerical results are presented which show, in particular, that the radiative instability is only partially reduced by planetary rotation and that it could be present in Keplerian flows
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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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Dauchy, Christophe. "Etude numérique d'une instabilité secondaire dans le sillage de cylindres finis". Aix-Marseille 2, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX22200.
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Ce travail presente l'etude numerique, par la methode des elements spectraux, de l'ecoulement tridimensionnel autour de cylindres d'envergure finie dont les deux extremites sont libres. Apres quelques rappels theoriques concernant l'apparition de l'instabilite de benard-von karman, la structure spatiale de celle-ci est etudiee. L'emplacement du maximum du fondamental des composantes longitudinales et transversales de la vitesse est retrouve dans le plan de symetrie geometrique perpendiculaire a l'axe du cylindre. Dans le cas de la composante axiale de la vitesse, celui-ci a ete trouve de part et d'autre de ce plan de symetrie. Pour des nombres de reynolds legerement superieurs au seuil d'apparition de l'instationnarite, le signal de vitesse exhibe un phenomene de battement temoignant de la presence d'une deuxieme frequence dans l'ecoulement. Cette frequence, dont l'apparition est regie par une bifurcation de hopf, est incommensurable avec la frequence de strouhal et est due aux effets d'extremite de l'obstacle qui introduisent un deficit de vitesse le long de l'envergure. Une decomposition du signal de vitesse en double serie de fourier a permis de situer le maximum du fondamental de cette deuxieme instabilite dans cette zone de deficit de vitesse. Ce battement est present jusque pour des nombres de reynolds doubles de celui d'apparition de l'instationnarite pour lesquels un comportement plus complexe, peut-etre chaotique, a ete constate
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Ballesta, Pierre. "Instabilité de Faraday dans les fluides complexes". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00811893.
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Il est connu depuis 1831 que les fluides vibrés verticalement sont sujets à l'instabilité de Faraday. Au-dessus d'une certaine accélération dite accélération critique, des ondes stationnaires apparaissent à la surface du fluide et forment un motif géométrique caractérisé par une longueur d'onde critique. Dans ce travail nous montrons que la microstructure d'un fluide complexe peut se coupler fortement à l'instabilité et induire différents types de comportements selon le fluide étudié. Dans des solutions semi diluées de micelles géantes, la forte viscosité du fluide engendre des ondes stationnaires dans la hauteur du fluide. Dans des solutions diluées de micelles géantes, le cisaillement engendré par les ondes de surface conduit à un chargement de la microstructure se traduisant par un phénomène de rhéo-épaississement. Enfin, dans des suspensions de bâtonnets rigides, le couplage entre instabilité et microstructure induit un alignement localisé des bâtonnets.
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Lefort, Eric. "Caractérisation des bifurcations et de la dynamique d'une lentille thermique par analyse spectrale". Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES019.
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Un faisceau laser est focalisé sur la face d'entrée d'une cuve transparente remplie d'un liquide absorbant. Une lentille thermique est formée; les oscillations de la lentille sont la manifestation visible d'oscillations hydrodynamiques du liquide dans la cuve. Le système présente un comportement de transition laminaire turbulente, un certain nombre de bifurcations ayant été observées. Analyse spectrale du signal temporel
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Delorme, Barthélémy. "Etude expérimentale des conditions initiales de l'instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation en fusion par confinement inertiel". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0490/document.
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Les différents dimensionnements et expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI) en attaque directe comme indirecte montrent qu'une des principales limites à l'atteinte de l'ignition est l'instabilité de Rayleigh-Taylor (IRT) qui cause la rupture de la coquille de la cible en vol et potentiellement le mélange du combustible chaud du coeur avec celui, froid, de la coquille. La connaissance, la compréhension et la maîtrise des conditions initiales de ce mécanisme sont donc d'un grand intérêt. Nous présentons ainsi une étude expérimentale et théorique des conditions initiales de l'IRT ablative en attaque directe au travers de deux campagnes expérimentales réalisées sur le laser OMEGA (LLE, Rochester). La première campagne concerne l'étude de l'instabilité de Richtmyer-Meshkov (IRM) ablative imprimée par laser ; cette instabilité commence à se développer au début de l'irradiation laser et fixe l'ensemencement de l'IRT. Nous avons mis en place une configuration expérimentale qui a permis de mesurer l'évolution temporelle de l'IRM ablative imprimée par laser pour la première fois. Nous présentons ensuite une interprétation des résultats de cette expérience par des simulations hydrodynamiques réalisées avec le code CHIC, ainsi que par un modèle théorique de l'IRM ablative imprimée par laser. Nous montrons que le moyen le plus direct de contrôler cette instabilité est de réduire l'amplitude des défauts d'intensité laser. Ceci peut être accompli en utilisant des cibles couvertes par une couche de mousse de basse densité. Ainsi, lors de la deuxième campagne, nous avons étudié pour la première fois l'effet de mousses sous-denses sur la croissance de l'IRT ablative. Au cours de ces expériences, des feuilles de plastique recouvertes d'une couche de mousse ont été irradiées par un faisceau laser portant une perturbation d'intensité destinée à imprimer des modulations sur la cible. Différentes données expérimentales sont présentes : rétrodiffusion de l'énergie laser, dynamique de la cible obtenue par mesure de côté d'auto-émission et radiographies de face faisant apparaître l'effet des mousses sur les modulations de densité surfacique des cibles. Ces données ont ensuite été interprétées à l'aide de simulations CHIC et du code d'interaction laser-plasma PARAX. Nous montrons qu'une des mousses réduit l'amplitude des modulations de l'intensité laser d'un facteur 2. Par conséquent, cette thèse a donné lieu au développement de configurations expérimentales et d'un ensemble d'outils de dépouillement numériques pour l'étude approfondie des instabilités hydrodynamiques en FCINumerous designs and experiments in the domain of Inertial Confinement Fusion (ICF) show that, in both direct and indirect drive approaches, one of the main limitations to reach the ignition is the Rayleigh-Taylor instability (RTI). It may lead to shell disruption and performance degradation of spherically imploding targets. Thus, the understanding and the control of the initial conditions of the RTI is of crucial importance for the ICF program. In this thesis, we present an experimental and theoretical study of the initial conditions of the ablative RTI in direct drive, by means of two experimental campaigns performed on the OMEGA laser facility (LLE, Rochester). The first campaign consisted in studying the laser-imprinted ablative Richtmyer-Meshkov instability (RMI) which starts at the beginning of the interaction and seeds the ablative RTI.We set up an experimental configuration that allowed to measure for the first time the temporal evolution of the laser-imprinted ablative RMI. The experimental results have been interpreted by a theoretical model and numerical simulations performed with the hydrodynamic code CHIC. We show that the best way to control the ablative RMI is to reduce the laser intensity inhomogeneities. This can be achieved with targets covered by a layer of a low density foam. Thus, in the second campaign, we studied for the first time the effect of underdense foams on the growth of the ablative RTI. A layer of low density foam was placed in front of a plastic foil, and the perturbation was imprinted by an intensity modulated laser beam. Experimental data are presented : backscattered laser energy, target dynamic obtained by side-on selfemission measurement, and face-on radiographs showing the effect of the foams on the target areal density modulations. These data were interpreted using the CHIC code and the laser-plasma interaction code PARAX. We show that the foams noticeably reduce the amplitude of the laser intensity inhomogeneities and the level of the subsequent imprinted ablation front modulations. In conclusion, this thesis allowed us to develop an experimental platform and a suite of numerical tools for future, more detailed studies of hydrodynamic instabilities for ICFapplications
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Latrache, Noureddine. "Étude expérimentale des modes supérieurs des instabilités d'écoulements newtoniens ou viscoélastiques dans le système de Couette-Taylor". Le Havre, 2005. http://www.theses.fr/2005LEHA0054.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail s'inscrit dans le contexte de la transition vers la turbulence dans les écoulements cisaillés avec des lignes de courant courbe. Nous nous intéressons à l'étude de la transition vers la turbulence dans l'écoulement de Couette-Taylor d'un liquide confiné entre deux cylindres coaxiaux en rotation différentielle. Pour un liquide newtonien (par exemple, l'eau), et lorsque les deux cylindres sont en contrarotation, des modes critiques non-axisymétriques et instationnaires appelés spirales de Taylor (SPI) ou spirales interpénétrantes (IPS) apparaissaient au seuil. Nous avons montré que les spirales de Taylor critiques possèdent la propriété de dispersion anormale. Cette dispersion anormale des spirales permet de donner dans le cadre de la théorie de Ginzburg-Landau une bonne interprétation de la stabilité de la source séparant deux spirales contrapropagatives. La transition vers la turbulence dans un écoulement viscoélastique a été étudiée avec des solutions de polyoxyéthylène (POE) lorsque le cylindre extérieur est au repos. Pour des solutions de concentrations c [500,700] ppm (élasticité modérée), près du seuil de l'instabilité, l'écoulement de base circulaire de Couette bifurque vers un motif formé de deux spirales contrapropagatives gauche et droite faiblement non-linéaires et non couplées (effets inertioélastiques). Pour de faibles valeurs du paramètre de contrôle , les spirales contrapropagatives droite et gauche présentent un fort couplage non-linéaire qui se manifeste par l'apparition des modes harmoniques spatiales et temporelles très intenses. Nous avons modélisé les spirales contrapropagatives et couplées à l'aide des équations phénoménologiques de Ginzburg-Landau, auxquelles nous avons ajouté des termes permettant de générer les harmoniques spatiales et temporelles. La transition vers la turbulence se fait via l'apparition des spots turbulents (intermittence spatiotemporelle). Pour des solutions assez concentrées c [800,900] ppm (grande élasticité), la première instabilité donne un motif formé de deux spirales gauche et droite contrapropagatives, qui bifurquent de façon brutale vers un motif formé par de large domaines contenant des zones de spirales (effet élastique). Pour de grande valeur du paramètre de contrôle , les domaines se subdivisent et deviennent moins large, ce qui élimine les spirales à l'intérieur des domaines. Ces domaines se multiplient avec l'augmentation du paramètre de contrôle, ce qui conduit l'écoulement vers la turbulence (turbulence élastique)This work appears in the context of the transition to the turbulence in the flows sheared with of current curve lines. We are interested to study the transition to the turbulence in the Couette-Taylor flow for liquid confined between two coaxial cylinders in differential rotation. For a newtonien liquid (for example, water), and when the two cylinders are in counter-rotation, the non- axisymmetric and instationery critical modes named Taylor spirals (SPI) or interpenetrating spiral (IPS) appear at the threshold of the instability. We have shown that these Taylor's spirals have the anomalous dispersion property. This anomalous dispersion of spirals permits to give in the setting of the Ginzburg-Landau theory a good interpretation of the stability of the source separating two counterpropagating spirals. The transition to turbulence in viscoelastic Couette-Taylor has been studied with polyethyleneoxide (PEO) solutions when the outer cylinder is rest. For the solutions with concentrations c [500,700] ppm (moderate elasticity), and close to the threshold of the instability, the base circular of Couette flow bifurcates to left and right counterapropagating spirals weakly non-linear and non coupled (inertioelastic effects). For a weak increase of the control parameter , the right and left counterpropagating spirals present a strong non-linear coupling witch appears by the existence of the intense spatial and temporal harmonic modes. The coupled counterapropagating spirals are described by the phenomenological equations of Ginzburg-Landau with added new terms permitting to generate the spatial and temporal harmonics. The transition to the turbulence is done via the apparition the turbulent spots (spatiotemporal intermittency). For the large concentrations of PEO c [800,900] ppm (large elasticity), the primary instability mode is formed by the superposed left and right spirals that they bifurcate brutally to pattern formed by large domains containing spirals waves (elastic effects). For large values of the control parameter , the domains subdivided and become less large. The spirals disappear inside the domains. These domains multiply with the control parameter , and the flow transit to the turbulence regime (elastic turbulence)
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Wodlei, Florian. "Self-pulsations of a dichloromethane drop on a surfactant solution". Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30188/document.
Texto completo da fonteResumo:
Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induiteFar-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns
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Fabre, David. "Instabilité et instationnarités dans les tourbillons : Application aux sillages d'avions". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066520.
Texto completo da fonteResumo:
L'écoulement de sillage généré par un avion est composé de tourbillons persistants, qui constituent un danger pour les avions suivants. Cette thèse est une contribution à l'étude des mécanismes d'instabilités et d'instationnarités caractérisant ces tourbillons. L'accent est mis sur la prise en compte des propriétés de sillage réels, et sur la contribution éventuelle de ces mécanismes à la dissipation du sillage. La première partie de cette thèse illustre les propriétés de l'écoulement de sillage d'avions en se basant notamment sur des expériences réalisées en soufflerie. On introduit plusieurs modèles de tourbillons "réalistes" qui seront étudiés dans la suite. La seconde partie étudie à l'aide d'une méthode de collocation spectrale les mécanismes linéaires affectant un tourbillon considéré isolément. On s'intéresse tout d'abord aux "ondes de Kelvin" (ou ondes d'inertie), et on montre que dans les tourbillons "réalistes" une grande partie de ces ondes deviennent atténuées. On étudie ensuite les instabilités à courte longueur d'onde de Widnall existant dans ces mêmes tourbillons "réalistes". On s'intéresse également à une famille d'instabilités visqueuses existant à haut Reynolds dans des tourbillons comportant un écoulement axial. Dans une troisième partie, on étudie les propriétés de stabilité à grande longueur d'onde de système de tourbillon en utilisant une méthode de filaments de vorticité. Le cas de deux tourbillons est d'abord considéré ; les paire contrarotatives sont affectées par l'instabilité à grandes ondes de Crow tandis que les paires corotatives sont stables. On étudie ensuite la stabilité d'un modèle de sillage constitué de deux paires de tourbillons. A l'aide d'un calcul de perturbations optimales on met en évidence l'intérêt des configurations contrarotatives, c'est à dire deux paires de tourbillons de signes opposés, ainsi que la nécessité d'un forçage de l'instabilité à grande longueur d'onde pour aboutir à une dissipation rapide du sillage. La quatrième partie de cette thèse reconsidère les instabilités de Crow et de Windnall du point de vue de la stabilité spatiale, et donne une évaluation de leur nature convective ou absolueThe trailing wake generated by an aircraft is composed of persistant vortices wich pose a danger to following aircrafts. This thesis is concerned with the instabilité and instationaritymechanisms characterising these vortices. Emphasis is laid on the properties of realistic trailingwakes and the possible contribution of these mechanisms to wake dissipation. The first part of the thesis is devoted the properties of trailing wakes, and is based on analyses of wind tunnel experiments. Several "realistic" vortex models are described. In the second part the linear mechanisms affecting an isolated vortex are studied using a spectral collocation method. The Kelvin waves (or inertial waves) are first cconsidered, and it is shown that in "realistic" vortices most of these waves become damped. The properties of the short-wave Widnall instabilities are then described for the same "realistic vortices. A family of viscous instabilities existing in high-Reynolds vortices in the presence of axial flow is then considered. In a third part the long-wave cooperative instabilities in systems of parallel vortices are studied using a vortex filament method. The case of two vortices is first considered ; counter-rotating pairs are affected by the long-wave Crow instability while corotating pairs are stable. The stability of an aircraft wake model composed of two pairs is then considered. An optimal perturbation analysis is used and allows to emphasize the interest of counter-rotating configuration and the necessity of a long wavelength forcing in order to achieve a rapid wake dissipation. In the fourth part the Crow and Widnall insatbilities are reconsidered in the framework of spatial theory, and the convective or absolute nature of these instabilities are evaluated
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Astruc, Dominique. "Instabilité de Kelvin-Helmholtz en régime subsonique : développement spatial et conditions aux limites ouvertes". Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT131H.
Texto completo da fonteResumo:
L'etude numerique d'un ecoulement de zone de melange subsonique, convectivement instable en theorie, est realisee avec differentes conditions aux limites ouvertes afin d'etudier les profondes modifications apportees par celles-ci. Dans un premier temps, grace a des simulations realisees avant la sortie des tourbillons et donc avant que les conditions aux limites ne perturbent l'ecoulement, nous avons pu a la fois valider l'outil numerique et etudier plusieurs aspects du developpement de l'instabilite comme son comportement global, sa courbe d'amplification, sa reponse en frequence et la croissance du mode sous-harmonique. Nous avons aussi mene une serie d'experiences en vue de lever l'incertitude sur l'echelle de longueur a considerer en l'absence d'echelle dans le profil de vitesse singulier utilise. L'etude du regime nominal, apres sortie des structures, a permis ensuite de caracteriser les quatre processus a l'origine du couplage aeroacoustique, responsable de la modification du developpement spatial de l'instabilite de kelvin-helmholtz: conversion d'une partie de l'energie cinetique des tourbillons en ondes de pression au passage de la frontiere de sortie, creation d'un champ de perturbations acoustiques, reconversion de certaines perturbations acoustiques en perturbations de rotationnel et amplification de ces perturbations par l'instabilite. Nous avons caracterise l'intensite ainsi que la structure spatio-temporelle du champ acoustique pour deux algorithmes de conditions aux limites differentes. Nous avons ensuite analyse l'influence de ce couplage sur le developpement de l'instabilite, en particulier sur sa frequence et sur son amplitude et note, en plus de l'auto-entretien, la suppression de la croissance du mode sous-harmonique pour les parametres geometriques du domaine utilise
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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.
Texto completo da fonteResumo:
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 obtenuesDuring 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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Sierra, Christophe. "Instabilité en fluidisation gaz-solide : dynamique des lits denses et influence des conditions aux limites". Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11064.
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Cette thèse aborde le problème de l'hydrodynamique des lits fluidisés gaz-solide dans les régimes de fonctionnements denses. Le comportement macroscopique du lit, résultant des dynamiques à toutes les échelles, est souvent très complexe (instabilités spatio-temporelles fortement non-linéaires). Avec pour but de comprendre les mécanismes physiques responsables des instabilités macroscopiques, la démarche adoptée dans ce travail est simplificatrice : on étudie, sur un plan expérimental, numérique et théorique la dynamique de seulement quelques couches de grains : les Lits Fluidisés Peu Profonds (LFPP). Ce travail se scinde en deux parties distinctes. La première partie est consacrée à la compréhension de la dynamique intrinsèque des LFPP. Tout d'abord, un travail expérimental a permis de mettre en évidence leurs caractéristiques dynamiques (fréquences d'oscillation) en fonction des deux paramètres de contrôle que sont la vitesse du fluide et taille du lit. Ensuite, à l'aide de deux différents modèles nous décrivons de quelle manière les phénomènes hydrodynamiques et collisionels locaux se combinent pour produire une dynamique globale. Une extrapolation des mécanismes identifiés est réalisée pour des lits de grande taille. Fort de cette analyse la seconde partie a pour but de décrire l'influence des conditions aux limites (C. L. ) sur la dynamique des lits denses. Ce travail est abordé en deux étapes. La première concerne la caractérisation, à l'aide d'un modèle linéarisé, du couplage acoustique entre le lit et ses C. L. Nous montrons ensuite de quelle manière le lit peut présenter selon le taux de couplage (i. E. Selon la capacité donnée au lit de rétroagir sur ses C. L. ) soit une "dynamique intrinsèque" soit une "dynamique de couplage". Ce travail met en évidence qu'il n'existe pas de comportement universel pour les lits fluidisés denses mais qu'il est impératif d'inclure dans n'importe quel modèle la possible influence C. L.
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Langlois, Vincent. "Instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement fluide". Phd thesis, Université Rennes 1, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011456.
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Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale, théorique et numériquede l'instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement
fluide continu.
Nous avons caractérisé expérimentalement la longueur d'onde initiale des
rides, ainsi que l'évolution de leur amplitude et de leur longueur d'onde
moyenne. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à la transition morphologique
des rides perpendiculaires à l'écoulement vers des motifs 3D plus complexes.
Nous avons également développé une analyse de stabilité linéaire
du problème, dans le cas d'un écoulement laminaire, qui permet de prédire
correctement la longueur d'onde à l'initiation. D'autre part, une analyse
faiblement non-linéaire rend compte de l'apparition de motifs 3D.
Enfin, nous avons abordé la dynamique non-linéaire des rides: des
simulations numériques en 2D, basées sur l'étude théorique précédente,
ont permis de retrouver qualitativement l'évolution aux temps longs observée
expérimentalement.
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Pieri, Alexandre. "Turbulence barocline : effets couplés de rotation, stratification et cisaillement". Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00781602.
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La finalité de cette thèse est de fournir une meilleure compréhension de la turbulence homogène anisotrope soumise à un forçage barocline. À cette fin, nous utilisons une approche numérique pseudo-spectrale basée sur la transformation de Rogallo. L'utilisation d'un tel algorithme nous permet de considérer une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d'un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu'à faible nombre de Richardson, c'est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire. Un écoulement homogène dans les trois directions de l'espace. Plusieurs simulations numériques directes (DNS) sont effectuées dans un contexte assez proche des écoulements géophysiques que l'on retrouve entre autre dans la stratosphère, où un gradient constant de vitesse zonale vient se coupler à un gradient constant de densité dans un repère tournant. Les résultats obtenus s'articulent autour de quatre axes principaux. Tout d'abord, une étude linéaire à temps fini est présentée en vue de compléter les résultats existants sur la dynamique linéaire asymptotique. La solution linéaire est décomposée en une partie 'onde' (qui se propage) et une partie dite 'vortex'(stationnaire). L'étude analytique est complétée par un modèle synthétique de turbulence (Kinematic Simulation ou KS) basé sur la théorie de la distorsion rapide(RDT). Nous montrons qu'une distribution initiale non nulle de vorticité potentielle linéarisée peut conduire à d'importantes croissances transitoires. Ce résultat pourrait s'étendre à des modélisations du climat ou météorologique, où la distribution initiale de vorticité potentielle semble avoir autant d'importance que la distribution initiale de température ou de vitesse. Ensuite, nous consacrons une partie de notre étude à l'analyse paramétrique et à la stabilité de l'écoulement. Plusieurs DNS sont effectuées pour différents taux de rotation et stratification. Le diagramme de stabilité obtenu montre que pour de faibles taux de rotation, la limite de stabilité est identique à celle connue des écoulements sans rotation. À plus faible nombre de Rossby -- lorsque la baroclinicité devient importante -- la limite linéaire de stabilité Ri = 1 relative à l'instabilité symétrique est confirmée. La coexistance de l'instabilité barocline avec l'instabilité symétrique est également clarifiée. Une analyse énergétique détaillée mène à la conclusion suivante : la stratification doit être suffisamment importante (Ri ' 1) pour que l'instabilité barocline soit dominante i.e. que la conversion d'énergie potentielle soit la source principale d'énergie cinétique turbulente. Dans le cas contraire, l'instabilité symétrique -- qui tire son énergie de l'énergie cinétique de l'écoulement moyen et non de son énergie potentielle -- domine la dynamique de l'écoulement. Le troisième axe d'étude concerne la turbulence à proprement parler. En conséquence de l'ajustement géostrophique, le vent thermique force la turbulence d'une manière naturelle, en opposition à d'autres méthodes de forçage stochastique. L'émergence de structures dans le contexte barocline est approfondie. Des statistiques Euleriennes sont présentées afin de fournir une caractérisation fine de l'anisotropie de l'écoulement. Enfin, nous étendons notre étude à la caractérisation de la vorticité potentielle turbulente. Les fonctions de probabilité de la vorticité potentielle d'Ertel montrent que des anomalies sont présentes dans les configurations instables. En particulier, une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d'un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu'à faible nombre de Richardson, c'est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire.
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Mammeri, Youcef. "SUR QUELQUES MODELES ASYMPTOTIQUES DANS LA THEORIE DES ONDES HYDRODYNAMIQUES". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00342347.
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Les équations de Kadomtsev-Petviashvili (KP) décrivent les ondes de faible amplitude et de grande longueur se déplaçant à la surface de l'eau, principalement dans la direction (Ox). Quant à l'équation de Benjamin-Ono (BO), elle décrit de telles ondes se déplaçant à l'intérieur de l'eau. On s'intéresse à ces équations vue en tant qu'équations de type Benjamin-Bona-Mahony (BBM).Notre travail se divise alors en trois parties. Dans la première partie, on rappelle la modélisation des différentes équations. On montre plus particulièrement que les modèles BBM s'obtiennent à partir du principe fondamental de la dynamique via une analyse asymptotique. On compare alors les solutions des équations de KP, respectivement de BO, avec les solutions des équations de type BBM.
Dans la seconde partie, on s'intéresse à certaines propriétés qualitatives des équations généralisées de type BBM. Des résultats de prolongement en temps des bornes sur les normes de Sobolev, de décroissance en temps et de prolongement unique des solutions sont établis.
Enfin, on termine avec une étude numérique des solutions des équations KP généralisées en dimension 3 d'espace. Dans cette dernière partie, en collaboration avec F. Hamidouche et S. Mefire, on inspecte numériquement les phénomènes de dispersion, d'explosion en temps fini, de comportement solitonique et d'instabilité transversale.
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Pavec, Marc. "Instabilités barocline et paramétrique des courants de bord, application au front d'Ouessant". Brest, 2007. http://www.theses.fr/2007BRES2042.
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Les écoulements côtiers sont soumis à diverses sources d’instabilités, à l’origine de la formation de structures cohérentes, telles des tourbillons, dont le rôle est essentiel dans la circulation océanique et le transfert de propriétés dans l’océan. Trois configurations idéalisées de courant côtiers (frontal, quasi-géostrophique et shallow-water) sont étudiées dans cette thèse. Le mécanisme bien connu de l’instabilité barocline est mis en évidence sur chacun de ces écoulements et un autre mécanisme, celui de l’instabilité paramétrique est proposé. Il concerne des écoulements dont l’un des paramètres est soumis à une oscillation périodique. Le paramètre variable est la vitesse du courant dans l’exemple frontal, le transport ou la vorticité potentielle barocline dans l’exemple quasi-géostrophique, le courant barotrope dans le modèle shallow-water. Des calculs analytiques permettent de comparer les taux de croissance de ces deux instabilités et de montrer l’amplification de l’instabilité paramétrique au voisinage de la marginalité des systèmes vis-à-vis de l’instabilité barocline. Il est montré par intégration numérique que les effets de l’instabilité paramétrique sont de mème nature que ceux de l’instabilité paramétrique sur la configuration quasi-géostrophique. Le modèle shallow-water présente un front de densité représentatif du front d’Ouessant, Il est montré à partir de simulations numériques MICOM que le mécanisme de l’instabilité barocline permet d’expliquer en grande partie les instabilités observées le long du front. Les effets de l’instabilité paramétrique sont identifiés, mais il semble que leur impact soit faibleCoastal currents experience many sources of instability, resulting in the formation of coherent structures such as eddies. These structures play a fundamental role in the oceanic circulation and in the transfer of properties in the ocean. Three configurations of idealized coastal currents are studied in this thesis-: a frontal one, a quasi-geostrophic one and a shallow-water one. The well known baroclinic instability is shown to exist for all these currents, and a new mechanism, the parametric instability, is described. It appears on flows which present a periodic variation of one of their components. The oscillating parameter is the current speed in the frontal configuration, the baroclinic transport or PV in the quasi-geostrophic one and the barotropic flow in the shallow-water one. Analytical calculations allow to compare growth rates of both baroclinic and parametric instability and to show the amplification of parametric instability in the vicinity of the marginal stability curve for baroclinic instability. Numerical simulations are used to show that the effects of parametric instability are similar to the effects of baroclinic instability on the quasi-geostrophic flow. The shallow-water modal presents a density front with caracteristic scales representative of the Ushant front. It is shown from MICOM simulations that baroclinic instability can explain the observed instabilities of the front for a large part. Parametric instability effects are identified, but their impact seems to be weak
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Tadmouri, Rawad. "Tensioactifs en système biphasique eau-huile : propriétés, transfert et instabilité de Marangoni". Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1360/.
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Des instabilités hydrodynamiques ont été observées et étudiées pendant le transfert de matière dans deux types de systèmes biphasiques eau/huile. Le premier est un système non réactif impliquant le transfert de deux séries de tensioactifs ioniques (bromure de tétraalkylammonium à longue chaîne (CnTAB, n = 12, 16, 18) et dodécylsulfate de tétraalkylammonium (TAADS)). L'instabilité est, dans ce cas, périodique. Le système bascule alternativement d'un régime de diffusion vers un régime convectif. Le deuxième système est un système réactif, la réaction d'hydrolyse biphasique du chlorure de myristoyle (RCOCl, R = C13H27). Le transfert du chlorure de myristoyle vers la phase aqueuse est induit par la réaction d'hydrolyse qui donne lieu à la formation de composés tensioactifs. Les études réalisées dans la géométrie de la cellule Hele- Shaw ont montré que cette réaction biphasique donne lieu à un régime bien défini de cellules convectives de Marangoni. Notre objectif a consisté dans un premier temps à déterminer de façon quantitative les propriétés physicochimiques de ces systèmes. Nous avons mis au point une méthodologie originale, basée sur la modélisation de données de tension superficielle, permettant de déterminer les propriétés de partage, d'adsorption aux interfaces eau/air et eau/huile et d'agrégation. Nous avons pour les deux séries de composés tensioactifs (CnTAB et TAADS) mis en évidence la formation de microémulsions huile dans l'eau. Nous nous sommes également intéressés aux propriétés cinétiques de transfert et avons observé une dynamique accélérante due à un effet autocatalytique. Pour le système non réactif, cette accélération, observée lors du transfert de la phase organique vers la phase aqueuse, est due à la formation de microémulsions huile dans l'eau. Pour le système réactif, la forme de la cinétique est différente de celle observée pour le simple transfert de tensioactif. La courbe sigmoïde est dans ce cas parfaitement symétrique. Cette observation indique certainement un mécanisme différent du précédent. Il implique également une modification des propriétés de solubilisation de la phase aqueuse mais cette fois non par la formation d'agrégats mais plutôt par la formation de dimèresHydrodynamics instability have been observed and studied during the mass transfer in two water/oil biphasic systems. The first is a non-reactive system involving the transfer of two series of ionic surfactants (tetraalkylammonium bromide (CnTAB) and tetraalkylammonium dodecylsulfate (TAADS)). In this case, the instability is periodic. The second system is a reactive system, the biphasic hydrolysis of myristoyl chloride (RCOCl). The transfer of myristoyl chloride to the aqueous phase is induced by the hydrolysis reaction leading to the formation of surface-active compounds. Studies in the geometry of the Hele-Shaw cell showed that this biphasic reaction gives rise to a well-defined regime of chemo-Marangoni convection cells. Our objective was initially to determine quantitatively the physicochemical properties of these systems. We have developed a methodology based on the modeling of interfacial tension measurements, to determine the partition and adsorption properties at the water/air and water /oil interface and aggregation. We have showed for the two series of surfactants the formation of oil in water microemulsions. We have also studied the kinetics of transfer and showed a particular dynamic accelerating due to the catalytic effect. For the non-reactive system, this acceleration, observed during the transfer of the organic phase to the aqueous phase, is due to the formation of oil-in-water microemulsions. For the reactive system, the shape of the kinetics is different from that observed for simple transfer of the surfactant. The sigmoid curve in this case is perfectly symmetrical. This observation certainly indicates a mechanism different from above. It also implies a change of solubilization of the aqueous phase but this time not by the formation of aggregates but by the formation of dimers
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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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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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Abou, Bérengère. "instabilité interfaciale d'une couche de ferrofluide sous champ magnétique normal; étude de la transition hexagones - carrés". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002669.
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Un ferrofluide est une solution colloïdale stable de particules magnétiques, de taille de l'ordre de 100 Angstroms, dans un liquide porteur. Lorsqu'une couche de ferrofluide est soumise à un champ magnétique uniforme et vertical, une instabilité interfaciale se développe au dessus d'une valeur critique du champ. La surface libre, initialement plane, se hérisse de pics disposés selon un réseau hexagonal. Si l'on augmente encore le champ magnétique, le réseau hexagonal se transforme progressivement en réseau carré, au dessus d'une second seuil. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la phénoménologie de la transition hexagones-carrés. Nous avons montré que les défauts penta-hepta, présents dans le réseau hexagonal, agissent comme des centres de nucléation de la transition et que les caractéristiques de la phase carrée y sont contenues. Ensuite, nous présentons les résultats de sélection de nombre d'onde par variation quasistatique et brutale du champ magnétique. La comparaison des résultats obtenus nous permet de montrer que le réseau carré est un état métastable induit par compression du réseau hexagonal, lorsqu'on augmente le champ. Ce fait est vérifié à l'aide d'une expérience supplémentaire, durant laquelle nous comprimons mécaniquement le réseau hexagonal et induisons la transition à champ constant et inférieur au seuil de la transition.
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Bergeon, Alain. "Instabilités de Marangoni-Bénard en présence d'effet Soret". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0023.
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La prediction et la maitrise des instabilites hydrodynamiques constituent un enjeu important dans bon nombre de processus d'elaboration de materiaux a partir d'un bain fondu, car ces instabilites viennent souvent perturber la qualite du materiau produit. Le travail theorique et numerique presente dans cette these porte sur l'instabilite de marangoni-benard dans les melanges binaires sujets a l'effet soret. Ce type d'instabilite est susceptible d'apparaitre lorsqu'une couche de fluide differentiellement chauffee presente une surface libre, siege d'une tension de surface dependant de la temperature et de la concentration. Les fluctuations naturelles de temperature ou de concentration le long de l'interface donnent naissance a des gradients de tension de surface. Ceux-ci generent des forces de surface capables lorsque les processus de dissipation visqueuse et de diffusion sont insuffisants pour endiguer le mouvement, de conduire a la formation d'un ensemble de cellules de convection. Les resultats presentes portent sur les seuils d'apparition de cette instabilite et l'evolution des structures convectives qui en resultent dans des configurations bi- et tri-dimensionnelles de cavites parallelepipediques en l'absence de gravite. Dans ce cadre est d'abord presentee l'analyse lineaire de stabilite de la solution conductive. Celle-ci est conduite analytiquement pour des cavites d'extension horizontale infinie et numeriquement pour des cavites confinees. L'analyse non-lineaire donnant la selection des structures d'ecoulement au dela du seuil est conduite numeriquement et a necessite le developpement d'une methode adaptee dite de continuation. Les resultats se presentent sous la forme de diagrammes de bifurcation qui sont des cartes d'evolution des solutions physiques et mathematiques du systeme avec l'un des parametres adimensionnalises. Ces diagrammes ont donne de nombreuses informations sur la dynamique de notre systeme permettant en outre d'expliquer la disparition ou au contraire la stabilisation de certaines solutionsThe prediction and control of hydrodynamic instabilities are important for material processing from a melt, as these instabilities often perturb the quality of the material. The theoretical and numerical work presented in this thesis deal with the Marangoni-Bénard instability in binary mixtures with Soret effect. This type of instability is obtained when a fluid layer differentially heated presents a free surface subjected to surface tension depending on temperature and concentration. The natural fluctuations of temperature and concentration along the interface give surface tension gradients. These gradients generate surface forces which can lead, if viscous dissipation and diffusion are unable to damp the motion, to the formation of convective cells. The results concern the onset of this instability and the evolution of the convective structures which are created in two- and three- dimensional parallelepipedic cavities without gravity. First, the linear stability analysis of the conductive solution is presented. This analysis is performed analytically for laterally unbounded cavities and numerically for confined cavities. The nonlinear analysis giving the selection of flow structures beyond the thresholds is performed numerically with the use of a continuation method which has been developed specifically. The results are presented under the form of bifurcation diagrams which are maps of evolution of the physical and mathematical solutions of the system with regard to the variation of one of the characteristic parameters. These diagrams have given many informations on the dynamic of our system allowing for example to explain the disparition or the stabilisation of some of the solutions
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Mailliet, Corentin. "Etude expérimentale et numérique du stade fortement non-linéaire de l'Instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation en attaque directe". Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0288/document.
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Le développement des instabilités hydrodynamiques lors d'une expérience de fusion par confinement inertiel représente un sévère obstacle à l'obtention des conditions nécessaires à l'allumage et l'auto-entretien des réactions thermonucléaires. Il est ainsi crucial de comprendre, modéliser et éventuellement contrôler ces instabilités. L'instabilité se développant au front d'ablation est particulièrement étudiée dans le cadre du schéma d'attaque directe, à cause notamment du phénomène d'empreinte laser. Cependant le stade fortement non-linéaire de l'instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation reste peu explore. Cette étude vise donc à analyser ce régime.Dans un premier temps, une nouvelle plateforme expérimentale est développée sur le laser National Ignition Facility (NIF) permettant l'étude de phénomènes hydrodynamiques avec plusieurs dizaines de nanosecondes d'impulsion laser. Cette plateforme est ensuite calibrée avec l'étude de la croissance d'une perturbation 2D sous l'effet de l'instabilité de Rayleigh-Taylor. Une plateforme de simulations numériques 2D est également développée sur le code hydrodynamique CHIC capable de modéliser les expériences réalisées.L'étude du régime fortement non-linéaire de l'instabilité de Rayleigh-Taylor est réalisée a partir d'une perturbation multimode 3D imprimée par laser.L'impact de la condition initiale est étudiée en utilisant un faisceau d'empreinte lisse d'une part et non lisse d'autre part. L'analyse des données de radiographie dans l'espace de Fourier et dans l'espace réel permet d'évaluer tous les différents paramètres de l'instabilité (taux de croissance linéaire, vitesses de saturation, taux de coalescence de bulles et paramètre de croissance auto-semblable ) et de comparer les mesures aux modèles existants.L'importance de la condition initiale au stade fortement non-linéaire de la perturbation est ainsi démontrée dans les résultats obtenusExperimental and numerical study of the non-linear stage of the ablative Rayleigh-Taylor instability in direct drive
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Derebail, Muralidhar Srikanth. "Instabilité de l'écoulement le long d'un cylindre semi-infini en rotation". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC033/document.
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Ce travail concerne l’écoulement incompressible et stationnaire autour d’un cylindre semi-infini en rotation, et ses propriétés de stabilité linéaire. L’effet de la courbure et de la rotation sur la stabilité de cet écoulement est étudié de manière systématique. Avant d’étudier la stabilité, nous calculons d’abord l’écoulement de base. A grand nombre de Reynolds, une couche limite se développe le long du cylindre, ce qui permet d’utiliser l’approximation de couche limite des équations de Navier–Stokes. Ces équations dépendent de deux paramètres de contrôle sans dimension, le nombre de Reynolds (Re) et le taux de rotation (S), et sont résolues numériquement pour obtenir les profils de vitesse et de pression pour une large gamme des paramètres de contrôle. Une couche limite initialement mince s’épaissit avec la distance axiale; ainsi, son épaisseur devient comparable et finalement plus importante que le rayon du cylindre. Au-delà d’un certain taux de rotation, les effets centrifuges conduisent `a un jet de paroi le long d’une portion du cylindre. L’extension axiale de ce jet augmente avec le taux de rotation. L’intensité du jet augmente aussi avec S. Des analyses asymptotiques de l’écoulement à grande distance axiale et à fort taux de rotation sont aussi présentées. L’analyse de stabilité linéaire du précédent écoulement est effectuée dans l’approximation locale. Après une décomposition en modes normaux, les équations des perturbations sont transformées en un problème de valeur propre `a fréquence complexe (ω). Ce problème dépend de cinq paramètres sans dimension: Re, S, la distance axiale normalisée (Z), le nombre d’onde axial (α) et le nombre d’onde azimutal (m). Les équations de stabilité sont résolues numériquement pour étudier les régions instables dans l’espace des paramètres. On observe que de faibles taux de rotation ont un effet important sur la stabilité de l’écoulement. Cette forte déstabilisation est associée à la présence d’un mode quasi-marginal pour le cylindre fixe et qui devient instable pour de petites valeurs de S. Ce phénomène est confirmé par une analyse en perturbation `a petit S. Sans rotation, l’écoulement est stable pour tout Re < 1060, et pour Z > 0.81. Mais, en présence d’une faible rotation, l’instabilité n’est plus limitée par une valeur minimale de Re ou un seuil en Z. Les courbes critiques dans le plan (Z, Re) sont calculées pour une large gamme de S et les conséquences pour la stabilité de l’écoulement discutées. Enfin, un développement asymptotique pour le nombre de Reynolds critique est obtenu, valable aux grandes valeurs de ZThis work concerns the steady, incompressible flow around a semi-infinite, rotating cylinder and its linear-stability properties. The effect of cylinder curvature and rotation on the stability of this flow is investigated in a systematic manner. Prior to studying its stability, we first compute the basic flow. At large Reynolds numbers, a boundary layer develops along the cylinder. The governing equations are obtained using a boundary-layer approximation to the Navier–Stokes equations. These equations contain two non-dimensional control parameters: the Reynolds number (Re) and the rotation rate (S), and are numerically solved to obtain the velocity and pressure profiles for a wide range of control parameters. The initially thin boundary layer grows in thickness with axial distance, becoming comparable and eventually larger than the cylinder radius. Above a threshold rotation rate, a centrifugal effect leads to the presence of a wall jet for a certain range of streamwise distances. This range widens as the rotation rate increases. Furthermore, the wall jet strengthens as S increases. Asymptotic analyses of the flow at large streamwise distances and at large rotation rates are presented. A linear stability analysis of the above flow is carried out using a local-flow approximation. Upon normal-mode decomposition, the perturbation equations are transformed to an eigenvalue problem in complex frequency (ω). The problem depends on five non-dimensional parameters: Re, S, scaled streamwise direction (Z), streamwise wavenumber (α) and azimuthal wavenumber m. The stability equations are numerically solved to investigate the unstable regions in parameter space. It is found that small amounts of rotation have strong effects on flow stability. Strong destabilization by small rotation is associated with the presence of a nearly neutral mode of the non-rotating cylinder, which becomes unstable at small S. This is further quantified using smallS perturbation theory. In the absence of rotation, the flow is stable for all Re below 1060, and for Z above 0.81. However, in the presence of small rotation, the instability becomes unconstrained by a minimum Re or a threshold in Z. The critical curves in the (Z, Re) plane are computed for a wide range of S and the consequences for stability of the flow described. Finally, a large-Z asymptotic expansion of the critical Reynolds number is obtained
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Hadj, Achour Miloud. "Fragmentation de métal liquide dans l'eau". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0215/document.
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Le phénomène de dispersion/fragmentation du corium reste un des éléments les plus complexes et incertains de la modélisation d’un accident nucléaire. Afin de valider les modèles de sous-maille actuellement implémentés dans le logiciel MC3D (développé à l’IRSN), une expérimentation sans explosion de vapeur a été imaginée. Il s’agit d’un jet de métal liquide à bas point de fusion (métal de Field) interagissant avec de l’eau stagnante dans une cuve de large dimension. Cette thèse comporte deux volets ; le premier porte sur l’étude de la fragmentation dite secondaire d’une goutte isolée de métal de Field, à bas nombre de Weber. Dans ce but un dispositif expérimental GaLaD (générateur de goutte à la demande) a été conçu par nos soins. Cette partie a permis de faire une revue de littérature sur la fragmentation liquide-liquide, avec une comparaison quantitative de la fragmentation secondaire des gouttes uniques dans le cas liquide-liquide et dans le cas gaz-liquide. Le second volet concerne l’étude d’un jet de métal de Field, le dispositif GaLaD a pu être modifié de façon à pouvoir générer de petits jets de métal liquide dans l’eau. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu avec un modèle d’entrainement diphasique pour modéliser le jet. Dans le cadre de cette thèse, un dispositif expérimental supplémentaire désigné par JaLaD est développé. Dans la suite, ce dispositif sera dédié à l’étude des jets dans l’eau et doit nous permettre de réinterpréter les données d’expériences classiques via de nouvelles mesures innovantesThe phenomenon of dispersion/fragmentation of corium remains one of the most complex and uncertain elements of nuclear accident modeling. In order to validate the sub-mesh models implemented in the MC3D software (developed by IRSN), an experiment without vapor explosion has been conceived. It consists of a low-melting liquid metal jet (Field metal) interacting with a stagnant water in a large tank. This thesis is divided into two parts ; the first one is related to the study of the so-called secondary fragmentation of an isolated drop of Field’s metal, for low Weber number. To this end, we designed an experimental device, GaLaD (drop-on-demand droplet generator). In this part, a literature review on liquid-liquid fragmentation is conducted with a quantitative comparison of the secondary fragmentation for a single drop in the liquid-liquid and the gas-liquid cases. The second part concerns the study of a jet of Field’s metal. For this purpose, GaLaD was modified, so as to be able to generate small jet of liquid metal in water. The obtained results allowed a better understanding of the physical phenomena involved in two-phase turbulent jet fragmentation. In the framework of this thesis, an additional experimental device designated by JaLaD is developed. Subsequently, this device will be dedicated to the study of metal jet in water and must allow us to reinterpret the data of classical experiments via new innovative measurement techniques
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Vich, Gaétan. "Déstabilisation d'un jet liquide par un écoulement gazeux perpendiculaire". Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES087.
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Ce mémoire présente une étude expérimentale paramétrique des mécanismes de rupture de jets dans un écoulement gazeux transverse, à pression atmosphérique et à pression ambiante élevée. Afin de caractériser les processus de rupture, différentes techniques d'imagerie, telles que l'ombroscopie ou la tomographie sous différents angles de vue, ont été utilisées. Les résultats ainsi obtenus ont permis de corréler les conditions d'injection aux modes de fragmentation et de décrire les mécanismes physiques d'atomisation mis en jeu, puis de classifier les types de rupture par leur morphologie en fonction de nombres de Weber basés sur la vitesse du jet et du gaz. Une expression analytique de la trajectoire du jet, dépendant de son coefficient de trainée, a été établie. Elle permet d'estimer certaines caractéristiques du jet (rayon de courbure, accélération centripète) et du gaz (vitesse relative par rapport au jet). En association avec une cartographie des coefficients de trainée du jet en fonction des conditions d'injection, on peut ainsi prédire la trajectoire du jet. Un traitement des images, base sur l'extraction du contour du jet, rend compte des échelles de pénétration du jet dans le flux gazeux transversal et de longueur d'onde des instabilités. Les longueurs d'onde expérimentales ont ensuite été confrontées aux résultats obtenus à l'aide de théories linéaires afin d'établir le type d'instabilité (Rayleigh-Taylor ou Kelvin-Helmoltz) intervenant dans un type de rupture dit en sac.
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Batson, William. "Faraday waves in small cylinders and the sidewall non-ideality". Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10022/document.
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Ce travail de thèse porte sur l’instabilité de Faraday qui résulte de l’oscillation verticale d’une couche de liquide. L’objectif est d’apporter une vérification expérimentale précise des résultats issus d’une analyse de stabilité linéaire. À basse fréquence, la longueur d'onde caractéristique de cette instabilité est de l'ordre des dimensions de la cellule expérimentale. Théoriquement les longueurs d'onde associées aux modes disponibles sont discrétisées selon le confinement latéral. Mathématiquement, la condition qui facilite les calculs est une condition limite pariétale sans contrainte, ce qui est irréaliste en raison des couches limites visqueuses et de l’hystérésis capillaire au point de contact du fluide avec les parois. Ici, nous présentons l'étude expérimentale d'un système de basse fréquence conçu pour se rapprocher d’une condition pariétale sans contrainte, par un choix judicieux de liquides. Le système a permis d’obtenir expérimentalement des seuils d’apparition de l’instabilité très proches des prédictions théoriques basées sur une analyse de stabilité linéaire. Les différences observées sont associées au ménisque formé par le liquide sur la paroi ainsi qu’au film liquide se formant à la paroi lors de l'excitation des ondes. Les écarts avec la théorie dû à ces imperfections semblent être fonction de la structure du mode et la périodicité des ondes. De plus, les ondes générées par le ménisque conduisent à des seuils inférieurs aux prévisions. Ceci indique une résonance mixte entre l'instabilité paramétrique et les oscillations forcées du ménisque où chaque contribution peut être contrôlée par un forçage caractérisé par deux fréquencesThis work is an inquiry into the current understanding of experimental single-mode Faraday waves, from the perspective of linear stability theory. At low frequency, the characteristic wavelength is of the order of the cell dimensions, and theoretically the wavelengths associated with the modes available for excitation are discretized by the sidewall boundary condition. Mathematically, the condition which eases manipulation is a stress-free sidewall condition, which is unrealistic due to viscous boundary layers and capillary hysteresis. We report the experimental investigation of a low frequency system designed to approximate this condition, by careful choice of the fluid liquids and thereby increasing the relative importance of the interior damping. The design has permitted close connection between the experimental thresholds and the predictions, contrasting the traditional approach of phenomenologically measuring the mode dissipation and treatment as a single degree of freedom system. Non-ideal behavior of the sidewall persists, evident by the contact meniscus and the sidewall film which is formed during wave excitation. The presence of these non-idealities is translated to trends in the deviation between the observed and predicted thresholds, depending upon the mode structure and wave periodicity. The presence of harmonically excited waves from the meniscus seems to result in observation of amplitudes consistently lower than the predictions, indicating a mixed resonance between the parametric instability and the forced meniscus oscillations. Furthermore, it is seen this interaction can be adjusted by excitation with two commensurate parametric frequencies
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Abcha, Nizar. "Caractérisations quantitative et qualitative des modes supérieurs des instabilités d'écoulements newtoniens ou viscoélastiques dans le système de Couette-Taylor". Le Havre, 2007. http://www.theses.fr/2007LEHA0011.
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Dans ce travail, nous avons mené trois études expérimentales sur les régimes d’instabilités dans le système de Couette-Taylor, composé d’un écoulement entre deux cylindres coaxiaux en rotation différentielle. Dans la première étude, nous avons employé deux techniques de mesures : la Vélocimétrie par Image de Particules (PIV), et la visualisation par une nappe laser avec ensemencement de paillettes de Kalliroscope. La comparaison des diagrammes spatio-temporels issus de la visualisation et de la PIV a permis de montrer que lorsque seul le cylindre intérieur tourne, l’intensité de la lumière réfléchie par les paillettes de Kalliroscope était reliée à la vitesse radiale. La deuxième étude est consacrée aux propriétés non linéaires des spirales de Taylor observées dans l’écoulement lorsque les deux cylindres sont en contra-rotation: la dissymétrie entre l’écoulement entrant et sortant, l’anharmonicité et la brisure de symétrie miroir. Par ailleurs, nous avons mené une étude quantitative fine du comportement des vitesses au voisinage des défauts spatio-temporels issus de la collision de deux spirales (amplitude, saut de phase, …). La dernière étude a consisté à caractériser les propriétés des modes d’instabilité primaire et secondaire observés dans un écoulement viscoélastique d’une solution de polyoxyéthylène (POE) lorsque le cylindre extérieur est au repos. Nous avons mis en évidence la propagation radiale prédite dans les études théoriques sur les modes d’instabilité inertio-élastiquesThe thesis work was concerned with three experimental studies on the instability modes in the Couette-Taylor system, formed of the flow between two coaxial differentially rotating cylinders. In the first study, we have used two experimental techniques: visualization technique by Kalliroscope flakes and PIV technique. Comparing the space-time digrams from visualization and PIV data, we have shown that in the case of fixed outer cylinder, the reflected light intensity by Kalliroscope flakes is related to the radial velocity component. In the second study, we have determined the nonlinear properties of Taylor spirals observed in the flow when the cylinders are counter-rotating : dissymmetry between the inflow and outflow, anharmonicity and mirror symmetry breaking. Furthermore, we have used the velocity measurements to describe the asymptotic dynamics in the neighbourhood of the defects resulting from spiral collisions (amplitude profile, jumping phase,…). In the last study, we have characterized the propreties of primary and secondary instability modes observed in the viscoelastic flow of Polyethylene Oxyde (PEO) when the outer cylinder is fixed. We have found the radial propagation of the waves in agreement with theoretical studies of inertia-elastic modes
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Caquas, Aurore. "Vidange tourbillonnaire : propriétés de l'écoulement et de l'entrainement gazeux". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAE014.
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Un jour, notre regard d’enfant s’est arrêté sur le vortex créé par notre baignoire. D’une apparente simplicité, car il nous semble commun, l’écoulement se caractérise pourtant par une étonnante complexité. La vidange tourbillonnaire fait en effet l’objet de nombreux articles dans la littérature, notamment sur la modélisation du champ de vitesses et du profil caractéristique de l’interface. Pourtant, de nombreuses questions restent ouvertes. Ces études sont souvent menées en régimes stationnaires lorsque le niveau de l’eau est gardé constant par un système de réinjection de l’eau. Le cas instationnaire pour lequel l'eau s'écoule simplement sous l'effet de la gravité est rarement exploré. Nous proposons d’étudier et de comparer ces deux régimes. Les questions abordées portent sur l'influence du vortex sur la loi de Torricelli, les conditions de formation de bulles à la pointe de la déformation de l’interface, ou encore la vitesse de vidange d'une bouteille d'eau idéale mise en rotation.Ces questions qui touchent à notre quotidien ont de forts enjeux industriels : estimation du temps de vidange d’un récipient ou prévention du phénomène d’entrainement de bulles. Ces bulles sont en effet à l’origine de problèmes de sécurité dans les centrales nucléaires et hydrauliques, mais aussi dans bien d'autres systèmes industriels.Notre étude s’intéresse, dans un premier temps, à la modification de l’écoulement de vidange par la présence du vortex et notamment à l’élaboration d’un nouveau modèle pour la vitesse de vidange du récipient. À cet effet, un dispositif à taille humaine a été conçu sur une plateforme-tournante avec un système de mesures embarqué. Le modèle obtenu s'appuie sur la loi classique de Torricelli qu’il est possible de généraliser en prenant en compte l’effet de la déformation de l’interface induite par le vortex. La structure de l’écoulement est aussi fortement impactée par la présence du tourbillon et nous proposons ici d’étudier comparativement les cas de vidanges stationnaire et instationnaire.La forme de l’interface est un problème complexe à modéliser qui dépend des effets de tensions de surface. Sous l’effet d’une vorticité de plus en plus grande et concentrée, cette déformation s’allonge. Le cœur gazeux ainsi formé peut se déstabiliser, osciller et générer des bulles d’air qui seront entraînées dans l’écoulement. Cette thèse propose d’étudier expérimentalement les conditions d’apparitions de cette instabilité.Dans un deuxième temps, notre étude s’intéresse au cas particulier de la vidange d’une bouteille d’eau idéale, i.e. d’une cuve cylindrique hermétiquement fermée, mise en rotation. Nous avons aussi étudié les conditions d’apparition d’un optimum, pour lequel la vidange est réalisée plus rapidement et ainsi tenté de mieux comprendre l’expérience très populaire qui consiste à concevoir un tourbillon dans une bouteille d’eau pour la vider plus vite. En particulier, nous décrivons les différents régimes d’écoulement lors de ce type de vidange, ainsi que les transitions entre ces régimes.Enfin, des simulations numériques basées sur la résolution des équations de Navier-Stokes sont réalisées avec les codes TrioCFD, qui utilise la méthode Front-traking, et OpenFoam, qui utilise la méthode Volume of Fluid et permettent de reproduire certaines expériences de vidange tourbillonnaire. Cependant, le phénomène d’arrachement de bulles par sa finesse reste un défi numérique dont nous aborderons la problématique après une étude comparative des performances des codes utilisés sur différents cas tests de référenceOne day, our childlike gaze stopped on the vortex created by our bathtub. Seemingly simple, as it appears common to us, the flow is actually characterized by astonishing complexity. Swirling drainage is indeed the subject of numerous articles in the literature, particularly on the modeling of the velocity field and the characteristic profile of the interface. Yet, many questions remain unanswered. These studies are often conducted in steady-state conditions when the water level is kept constant by a water injection system. The unsteady case, where water simply flows due to gravity, is rarely explored. We propose to study and compare these two regimes. The questions addressed concern the influence of the vortex on Torricelli's law, the conditions for bubble formation at the tip of the interface deformation, and the draining velocity of an ideal rotating water bottle.These questions, which touch on our daily lives, have significant industrial implications: estimating the drainage time of a container or preventing the phenomenon of bubble entrainment. These bubbles are indeed the cause of safety issues in nuclear and hydraulic power plants, as well as in many other industrial systems.Our study initially focuses on the modification of the drainage flow by the presence of the vortex, and particularly on the development of a new model for the draining velocity of the container. For this purpose, a human-sized device has been designed on a rotating platform with an onboard measurement system. The obtained model relies on the classical Torricelli law, which can be generalized by taking into account the effect of interface deformation induced by the vortex. The flow structure is also strongly impacted by the presence of the vortex, and we propose to comparatively study the cases of steady and unsteady drainage.The shape of the interface is a complex problem to model, depending on surface tension effects. Under the influence of increasing and concentrated vorticity, this deformation elongates. The gaseous core thus formed can destabilize, oscillate, and generate air bubbles that will be entrained in the flow. This thesis proposes to experimentally study the conditions for the appearance of this instability.Then, our study focuses on the particular case of draining an ideal water bottle, i.e., a hermetically sealed cylindrical tank set in rotation. We have also studied the conditions for the appearance of an optimum, where drainage is achieved more quickly, and thus tried to better understand the very popular experiment of creating a whirlpool in a water bottle to drain it faster. Specifically, we describe the different flow regimes during this type of drainage, as well as the transitions between these regimes.Finally, numerical simulations based on solving the Navier-Stokes equations are carried out using TrioCFD codes, which use the Front-tracking method, and OpenFoam, which uses the Volume of Fluid method, and allow for the reproduction of certain swirling drainage experiments. However, the phenomenon of bubble detachment, due to its sharpness, remains a numerical challenge that we will address after a comparative study of the performance of the codes used on various reference test cases
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Semin, Benoît. "Intercation d'une fibre et d'un écoulement en géométrie confinée". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/55/93/59/PDF/these_BSemin.pdf.
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Le déplacement d'objets allongés dans un fluide se retrouve dans de nombreux domaines tels que la récupération du pétrole, la production du papier ou la nage de micro-organismes. Dans ce travail, nous étudions le comportement d'une fibre cylindrique longue dans un écoulement en géométrie confinée (fracture, canal microfluidique). Dans un premier temps, les forces de trainée exercées sur la fibre ont été déterminées expérimentalement et numériquement en fonction de son orientation et de sa position dans l'ouverture. Lorsque la fibre est parallèle à l'écoulement, elle le perturbe faiblement et une modélisation 2D est suffisante ; au contraire, lorsqu'elle est perpendiculaire, l'écoulement devient 3D quand le blocage est incomplet. Pour cette orientation, la portance est suffisante pour maintenir l'objet au centre de l'écoulement. Pour un nombre de Reynolds de l'ordre de 20, cette position devient instable : le cylindre oscille entre les deux parois. Le seuil de l'instabilité est inférieur au seuil d'émission des tourbillons de Bénard-Von Kármán. La position du cylindre est modélisée par une équation de Van der Pol qui prédit quantitativement la bifurcation de Hopf du système. Une interprétation hydrodynamique des coefficients de cette équation est présentée. Nous présentons et validons ensuite une méthode de traitement d'image, qui détermine de manière analytique la forme d'une fibre avec une précision sub-pixel. De plus, l'angle du vecteur tangent et la courbure de la fibre - essentielle car reliée à son moment fléchissant - sont mesurés avec précisionThe motion of elongated objects in a fluid is encountered in many scientific fields, ranging from oil recovery and paper production to microorganism swimming. In the present thesis we study the behavior of a long cylindrical fiber in a confined flow (fracture, microfluidic channel). We first determine both experimentally and numerically the drag on this object as a function of its orientation and position in the aperture. A fiber parallel to the flow only slightly perturbs the flow, and the force on it can be estimated using 2D models. On the contrary, if it is perpendicular to the flow, the latter becomes 3D if blockage is partial. In this configuration, the lift is sufficient to keep the cylinder in the middle of the flow. For Reynolds numbers higher than 20, this position becomes unstable and the cylinder oscillates between the walls. The threshold of this instability is lower than that of Bénard-Von Kármán vortex shedding. The position of the cylinder satisfies a Van der Pol equation, which allows for a quantitative prediction of the Hopf bifurcation of the system. A hydrodynamic interpretation of the coefficients of this equation is given. We also develop and validate a new image processing method, which give the shape of the fiber with a sub-pixel precision. Moreover, the tangent vector angle and the curvature, of interest because it is related to the bending moment, are accurately measured
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Naso, Aurore. "Intermittence en Turbulence pleinement développée et en Dynamique non linéaire". Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011134.
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Cette thèse se compose de deux parties. Dans la première est étudié un modèle de turbulence hydrodynamique se présentant sous la forme d'un système d'équations différentielles stochastiques. On présente dans un premier temps les solutions de ce système calculées dans l'approximation semi-classique, puis celles obtenues par une méthode de type Monte-Carlo adaptée au problème, dans le cas où le forçage est supposé statistiquement homogène et isotrope. Ces solutions présentent un bon accord avec des résultats d'expériences et de simulations numériques directes de l'équation de Navier-Stokes. Dans un second temps sont présentées les solutions du système lorsqu'un cisaillement est appliqué à l'écoulement.La seconde partie est consacrée à l'étude de la transition au chaos spatio-temporel par intermittence dans un système hydrodynamique réel. Cette transition est d'abord étudiée quantitativement, puis un modèle d'intermittence spatio-temporelle est appliqué aux conditions aux limites de l'expérience. Comme le système réel, les solutions de ce modèle présentent pour certaines valeurs des paramètres dont il dépend un régime de bistabilité, près du seuil, entre l'intermittence spatio-temporelle et un régime où le désordre n'est présent que sur les bords.
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Watteaux, Romain. "Détection des grandes structures turbulentes dans les couches de mélange de type Rayleigh-Taylor en vue de la validation de modèles statistiques turbulents bi-structure". Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00669707.
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Cette thèse a pour objectif de détecter les structures turbulentes aux grandes échelles présentes dans une couche de mélange de type Rayleigh-Taylor incompressible à faible nombre d'Atwood. Diverses grandeurs statistiques conditionnées par la présence de ces structures ont été obtenues, et il est désormais possible de les comparer avec les résultats des modèles statistiques turbulents dits bi-structure, tel le modèle 2SFK développé au CEA. Afin de réaliser les simulations numériques directes du mélange turbulent, un code numérique tridimensionnel incompressible à densité variable a été développé. Ce code a été parallélisé dans les trois directions. Plusieurs méthodes de détection de structure ont été conçues et testées. Bien que toutes ces méthodes présentent différents intérêts, seule la plus efficace vis-à-vis de nos critères de détection a été gardée pour faire des simulations à forte résolution (plus d'un milliard de mailles, 1024^3). Un filtrage temporel de la vitesse verticale est utilisé dans cette méthode de détection afin de : 1) corriger les distorsions dues aux points d'arrêt et zones de recirculation dans l'écoulement, 2) minimiser l'effet de la turbulence aux petites échelles et mieux mettre en évidence les grandes échelles, 3) introduire un effet mémoire permettant de prolonger la bimodalité du champ de détection depuis les zones laminaires extérieures jusqu'au centre de la zone de mélange turbulent. Plusieurs simulations numériques directes 1024^3 ont été effectuées. Les résultats viennent conforter ceux obtenus avec le modèle bi-structure 2SFK et justifient une étude plus poussée des grandeurs statistiques en vue de sa validation.
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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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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 qualitatifMarine 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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Castrillon, Escobar Sebastian. "Instabilité et dispersion de jets de corium liquides : analyse des processus physiques et modélisation dans le logiciel MC3D". Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0102/document.
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Lors d’un accident grave dans un réacteur nucléaire (REP ou REB en particulier), le combustible fondu (corium) peut se déverser dans le réfrigérant (eau). L’interaction entre les deux fluides est appelée Interaction Combustible-Réfrigérant. Sous certaines conditions, cette interaction peut conduire à une «explosion de vapeur» qui peut menacer le confinement du réacteur nucléaire. L’ICR est une interaction de caractère multiphasique complexe où divers phénomènes physiques interviennent de manières couplées. Elle débute par une phase de mélange entre les fluides (prémélange), se traduisant par la fragmentation du corium et sa dispersion dans le réfrigérant. Ce processus de fragmentation impacte les échanges thermiques (ébullition et mise en mouvement du fluide environnant (réfrigérant)) et les processus chimiques (oxydation du corium et génération d’hydrogène). Cette thèse apporte de nouveaux éléments concernant la compréhension physique et la modélisation du phénomène de fragmentation du corium, dont l’objectif principal est d’améliorer la modélisation dans le logiciel de thermohydraulique multiphasique MC3D, développé par l’IRSN. L’étude proposée se base sur l’hypothèse de la modélisation de la fragmentation comme un phénomène multi-échelle avec un découplage entre taux de fragmentation du jet et dimension des gouttes résultantes. Elle suppose un processus de fragmentation qui est le résultat d’une déstabilisation primaire (passage jet -> grosses gouttes) pilotée par les grandes échelles de l’écoulement et d’un processus de déstabilisation secondaire menant à une fragmentation finale dépendante des paramètres plus «locaux» de l’écoulement. Nous avons conjugué notre modélisation avec une méthode de type MUSIG récemment introduite dans le logiciel MC3D. Les gouttes de corium y sont représentées, via un découpage en classes, par plusieurs champs de masse et d’énergie avec des diamètres distincts. Malgré les avancées dans la modélisation de la fragmentation, la compréhension des mécanismes et la caractérisation de la fragmentation des gouttes liquides est encore très imparfaite, particulièrement dans le cas liquide/liquide. Le travail de thèse s’est alors orienté vers l’analyse de ce processus en utilisant le logiciel de simulation GERRIS. L’étude conduit à proposer une nouvelle carte de régimes de fragmentation en configuration liquide/liquide, une compréhension plus approfondie de la dynamique de fragmentation et une analyse sur l’interaction vortex-goutte pilotant la transition entre les régimesIn the case of a severe accident in a nuclear power plant, the molten core may flow into water and interact with it. The consequences of this fuel-coolant interaction (FCI) for the follow-up of the accident may be numerous so the phenomenon needs to be described accurately, one of them called “steam explosion” can lead to the failure of the nuclear reactor containment. FCI is a complex multiphase interaction involving several physical phenomena. The premixing phase of the interaction consists in the fragmentation and dispersion of corium in the coolant pool. This phase is driven by the fragmentation process which modifies heat transfers (coolant boiling dynamics) and chemical reactions (corium oxidation and hydrogen generation). This thesis brings new elements about the corium jet and droplet breakup with the main goal of improve fragmentation models on the MC3D multiphase code, developed by the IRSN. Our study is based on a multi-scale fragmentation process where the jet fragmentation rate and final droplet dimensions are not coupled themselves. We suppose a fragmentation process resulting from a primary instability (mass transfer within jet and big droplets) depending on the large flow scales and a secondary instability depending on the small flow scales (leading to final droplet breakup). This model has been implemented in MC3D in combination with the MUSIG method recently added to MC3D. In this method, droplets are represented using several classes, each of them with their own droplet diameter, mass and energy fields. Despite new improvements on modeling corium fragmentation, there is still a lack on the comprehension and characterization on the liquid droplet fragmentation, particularly on liquid/liquid configurations. In this thesis, we study in detail droplet breakup using the computational fluid dynamics software GERRIS. As a result, we find a new droplet breakup classification in liquid/liquid configurations, we improve the droplet breakup dynamics comprehension and we analyze the droplet-vortex interaction to determine breakup regime transition
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Biagi, Sofia. "A mesoscale investigation of the endothelial glycocalyx and its interaction with blood flow". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY083/document.
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Une brosse de polymères est une matrice dense de macromolécules greffées à une surface donnée. Au-delà des brosses synthétiques réalisées en laboratoire, on trouve des exemples très variés dans la nature: un exemple emblématique est le glycocalyx endothélial, décorant la surface interne des vaisseaux sanguins des mammifères. L'interaction de cette structure avec le plasma et les cellules sous écoulement n'est encore que très partiellement explorée. La présente thèse propose, grâce à des simulations de "Dissipative Particle Dynamics", un modèle coarse-grained pour une analyse auto-cohérente d'une brosse polymérique dense sous écoulement parabolique. Cette étude mésoscopique met en évidence l'importance des effets collectifs entre molécules, entraînée par l'hydrodynamique, et propose des nouvelles interprétations à la phénoménologie du système brosse-écoulement. Des résultats préliminaires sont également produits pour l'interaction sous écoulement entre un objet mésoscopique déformable (prototype d'un globule rouge) et les polymères greffésPolymer brushes are dense matrices of grafted macromolecules. In addition to brushes finely designed in laboratory, various examples are offered by Nature, as the endothelial glycocalyx, decorating the lumen of mammalian blood vessels. The interaction of such network with the flowing plasma and cells is still partially unknown.The present thesis, by mean of Dissipative Particle Dynamics simulations, proposes a coarse-grained model for the self-consistent analysis of a dense polymer brush under parabolic flow. Our mesoscale investigation highlights the relevance of collective effects, driven by hydrodynamics, and proposes novel interpretations regarding the rich phenomenology of the brush-flow system.Preliminary results are also provided for the interplay between a mesoscopic deformable flowing object (prototype of a red blood cell) and the grafted polymers
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Roy, Clément. "Dynamique et stabilité de tourbillons avec écoulement axial". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436894.
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Cette étude fondamentale présente des résultats expérimentaux et numériques concernant la dynamique et la stabilité de tourbillons avec écoulement axial, pour des nombres de Reynolds modérés. La première partie de la thèse s'attache à étudier l'instabilité elliptique dans des paires de tourbillons co- et contrarotatifs, avec écoulement axial. L'étude de stabilité de deux tourbillons corotatifs de Batchelor, réalisée avec un code à éléments spectraux, a permis d'identifier clairement des modes de l'instabilité elliptique à structure spatiale complexe, pour différentes valeurs de l'écoulement axial et du nombre d'onde axial. Expérimentalement, l'instabilité elliptique a été mise en évidence dans des paires de tourbillons co- et contra-rotatifs, générées au moyen de deux demi-ailes placées dans un canal hydrodynamique. L'analyse POD (Proper Orthogonal Decomposition) d'images acquises par une caméra rapide a mené à une caractérisation précise du mode de l'instabilité observé, qui implique des perturbations avec des nombres azimutaux m=0 et m=2, remplissant la condition de résonance de l'instabilité elliptique. L'analyse numérique de stabilité des vortex expérimentaux, caractérisés par une méthode de Vélocimétrie Stéréoscopique par Images de Particules, a montré le même mode instable. Les longueurs d'onde et taux de croissance expérimentaux et numériques sont en bon accord. La deuxième partie de l'étude porte sur le "vortex meandering", abord expérimentalement en générant un vortex de bout d'aile. Une analyse détaillée des perturbations du tourbillon permet de mettre ce phénomène en relation avec la théorie de croissance transitoire des perturbations d'un vortex isolé.
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Tuerke, Florian. "Interaction entre deux cavités opposées dans un canal hydrodynamique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS078/document.
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Dans ce travail, nous étudions l'écoulement au sein d'un canal symétrique avec une expansion et une contraction soudaines. Cette configuration peut être considérée comme constituée de deux cavités face à face, deux cavités en miroir, que nous dénommons "double cavité". Le sujet est traité expérimentalement, numériquement et analytiquement, en faisant varier la vitesse d'entrée et de la distance entre cavités, mais en restant à des nombres de Reynolds modérés. L'accent est mis sur l'interaction entre les deux couches de cisaillement et sur le mécanisme de rétroaction intracavitaire dans la limite des écoulements incompressibles. Expérimentalement, on mesure la vitesse par Vélocimétrie par Images de Particules non résolue en temps (PIV 2D2C) dans un plan longitudinal permettent de quanti er le champ de vitesse en moyenne temporelle. Par ailleurs, des mesures par Vélocimétrie Laser à effet Doppler (LDV) et des mesures résolues en temps par PIV 2D2C permettent d'accéder à la composition spectrale des fluctuations de vitesse dans la direction de l'écoulement. L'écoulement est caractérisé à partir des séries temporelles, enregistrées dans les couches de cisaillement d'une des deux cavités, pour une large gamme de vitesses d'entrée et des distances entre cavités. Des simulations numériques directes 2D et 3D, permettent d'étudier le mécanisme hydrodynamique de rétroaction intracavitaire, à partir des champs de vitesse complet. Le champ de vorticité issu des simulations numériques 2D montre l'importance de la rotation d'ensemble au sein de la cavité qui transporte les injections de vorticité induites par les oscillations de la couche de mélange conduisant à une structure de type "carrousel" elle-même à l'origine du mécanisme de rétroaction responsable des oscillations auto-entretenues de la couche de cisaillement. La quanti cation des temps caractéristiques de cette rotation permet d'identifier le régime dans lequel se trouve l'écoulement. Une analyse de stabilité en temps seul, ainsi qu'en temps et espace est réalisée pour des écoulements non visqueux, en prenant un écoulement de base unidimensionnel pour chacun des cas: cavité simple ou double. Pour prendre en compte l'extension finie du système, dans le cas de l'analyse de stabilité linéaire spatio-temporel, on ajoute la condition dite de Kulikowskii, qui permet de prendre en compte la réflexion des ondes d'instabilité hydrodynamique aux bornes du domaine de la cavité. Ce mécanisme de rétroaction produit un ensemble discret de fréquences non-harmoniques, dont certaines correspondent effectivement aux données expérimentalesThis work investigates the flow in a symmetric channel with a sudden expansion and contraction, creating two facing cavities, a so called double cavity. Double cavity flow at moderate Reynolds numbers is studied experimentally, numerically and analytically, as the inflow velocity and the distance between the cavities are varied. The focus is put on the interaction of the two shear layers and the intracavitary hydrodynamic feedback in the incompressible limit.Experimentally, standard 2D2C particle image velocimetry (PIV) measurements in a given spanwise plane provide information on the instantaneous and mean velocity flow fields. Laser Doppler velocimetry and time resolved 2D2C PIV measurements reveal the richness of the streamwise fluctuating velocity spectra. The flow is characterized based on times series, recorded in one of the cavity's shear layers, for a wide range of inflow velocities and cavity distances.Two dimensional and three dimensional direct numerical simulations, which give easy access to the entire flow field, are used to study the intracavitary hydrodynamic feedback mechanism. Vorticity fields, obtained from 2D numerical simulations, show the importance of the recirculating intracavitary back flow. Vorticity packages, injected by the oscillating and impinging shear layer at the downstream cavity edge, are advected upstream in the recirculation region, creating a ``carousel-like'' pattern. The interaction of this vortex carousel with the oscillating shear layer is found to be responsible for the self-sustained oscillations observed experimentally in single and double cavity flow. The quantification of three characteristic time scales of the rotation allows to identify in which regime the flow resides.Temporal and spatio-temporal inviscid linear stability analyses are applied to a one dimensional base flow of single and double cavity flows. To account for the finite extent of the system, the spatio-temporal linear stability analysis is conditioned by a so called Kulikowskii condition, which allows the reflection of hydrodynamic instability waves within the cavity domain. This feedback mechanism yields a set of discrete, non-harmonic frequencies, some of which compare well with experimental results
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Mejni, Fatah. "Structures synchronisées dans les écoulements inhomogènes de convection mixte en milieux poreux". Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10071/document.
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Ce travail porte sur une étude théorique et numérique des structures synchronisées d'un fluide confiné en milieu poreux chauffé par le bas d'une façon inhomogène et soumis à un écoulement horizontal. L'inhomogénéité de la température induit un écoulement stationnaire et faiblement non parallèle dont la stabilité linéaire est étudiée, Les instabilités thermo-convectives sont recherchées sous la forme de modes propres, modulés par un développement WKBJ dans la direction horizontale. Pour les deux configurations génériques présentant un point tournant simple ou double, Il a été démontré que l'existence d'une région d'instabilité locale absolue était nécessaire à l'émergence d'un mode global. Le seuil et la fréquence des oscillations de ce mode global sont déterminés. La dynamique non linéaire est explorée grâce à une équation de Ginzburg-Landau d'une part, et à la résolution numérique directe (RND) bidimensionnelle en méthode spectrale d'autre part. Il a été trouvé que la fréquence obtenue par RND correspond à la fréquence absolue marginale dans le cas d'une configuration avec point tournant double, et à la fréquence absolue imposée par un point tournant simple attaché à l'entrée du milieu, Ce mécanisme de sélection de la fréquence s'avère pertinent, y compris loin du seuil d'instabilité globale. L'analyse fine de la distribution spatiale des structures synchronisées montre que les résultats sont en excellent accord avec la théorie des modes globaux non linéaires. Enfin, une comparaison quantitative entre théorie et expérience met en évidence un très bon accord entre les fréquences des structures synchronisées tridimensionnelles prédites et les fréquences mesuréesMixed convection flow in porous media heated from below non uniformly and subjected to an horizontal pressure gradient is studied theorettcally and numericalIy. The prescribed temperature at the bottom boundary is assumed to vary slowly in space. The result is the establishment of a weak inhomogeneous basic state, the stabIllty of which is carried out using the WKBJ approximation. Depending on the choice of the imposed inhomogeneous temperature profile, two cases prove to be of interest: the base flow displays an absolute instability region either detached from the inlet or attached to it. Results from combined direct numerical simulations and limear stability approach have revealed that in the first case, the nonlinear solution is a steep nonlinear global mode, with a sharp stationary front located at a margimally absolutely unstable station. ln the second configuration, the scaling laws for the establishment of a nonlmear global mode quenched by the inlet are found to perfectly agree with the theory. It is also found that in both configurations, the global frequency of synchronized oscillations corresponds to the local absolute frequency determined by Iinear criterion, even far from the threshold of global instability. All these results agree remarkably with recent advances of nonlinear global modes theory, A good agreement is also found between the predictions of the theory and the measured global frequencies
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Daimallah, Ahmed. "Étude des phénomènes d'instabilités en présence d'une suspension dans l'écoulement de Taylor-Dean". Electronic Thesis or Diss., Brest, 2013. http://www.theses.fr/2013BRES0018.
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La résolution analytique du problème de la stabilité d’une suspension solide (particules rigides de forme sphérique) dans le système de Taylor-Couette cylindrique a été menée. On s’est basé sur les travaux de Ali and Lueptow (2002) pour formuler les équations régissant la stabilité de l’écoulement dans le cadre d’une théorie linéaire. Ces équations sont valables dans l’approximation du faible espace annulaire et ont pour but la prévision de l’instabilité primaire. A cet effet, nous avons utilisé une méthode variationnelle telle que la méthode de Galerkin pour résoudre le problème aux valeurs propres conduisant à établir le diagramme de stabilité liée au nombre d’onde au voisinage de l’état critique du développement de la première instabilité. Tout d’abord, on a cherché à mettre au point les calculs dans le cas de l’écoulement de Taylor-Couette classique en se référant aux travaux de Ali and Lueptow (2002). Ensuite on a procédé à la résolution systématique des équations du mouvement et l’on cherche à déterminer le critère d’apparition des instabilités en présence de particules en suspension et l’on détermine simultanément les paramètres de couplage entre forces d’interaction liquide-solide. L’ensemble des travaux ainsi réalisés permettront de lever la contradiction fondamentale entre la théorie et l’expérience. L’étude expérimentale a permis d’analyser les effets de la concentration des particules en suspension (disques) et du rapport d’aspect radial ’ sur l’apparition des instabilités dans le système de Taylor-Dean. Le dispositif expérimental utilisé est constitué d’un cylindre intérieur tournant et le cylindre extérieur est maintenu fixe. Le comportement rhéologique du fluide utilisé est viscoplastique obéissant au modèle de Herschel Bulkley. L’apparition des instabilités est examinée en utilisant une technique de visualisation. Pour une concentration donnée dans l’intervalle étudié, la nature des structures apparaissant dans le système d’écoulement dépend ’, alors que pour une valeur donnée de ’ dans l’intervalle étudié, la valeur du nombre de Taylor critique Tac dépend de la concentration des particules. Nous avons obtenu que le nombre de Taylor critique Tac correspondant au déclenchement de la première instabilité évolue non linéairement en fonction de ’. De plus, nous avons examiné expérimentalement les effets de limitation axiale (effet de bords) sur le déclenchement des instabilités dans le système de Taylor-Dean. Les résultats obtenus montrent que les bords tournants n’affectent pas le type de structures qui apparaissent dans le système d’écoulement de Taylor-Dean. Cependant, ils influencent le seuil critique d’apparition des instabilités qui est marquée par des valeurs élevées du nombre de Taylor critique pour des bords tournants ce qui indique un effet stabilisant des bords mobilesThe analytical solution of the stability problem of a solid suspension (rigid spherical particles) in the system of cylindrical Taylor-Couette was conducted. We are based on the work of Ali and Lueptow (2002) to formulate the equations governing the stability of the flow in a linear theory. These equations are valid in the approximation of small gap configuration and aim to predict the primary instability. For this purpose, we used a variational method such as the Galerkin method to solve the eigenvalue problem leading to establish the stability diagram related to the wave number in the vicinity of the critical state of development of the first instability. First, we develop the calculations in the case of Taylor-Couette flow with reference to classic work of Ali and Lueptow (2002). Then, we carried out a systematic solution of the equations of motion and we search to determine the criterion of onset of instabilities in the presence of suspended particles and coupling parameters are simultaneously determined from liquid-solid interaction force. All work carried out and will remove the fundamental contradiction between theory and experiment. The experimental study has analyzed the effect of the concentration of suspended particles (disks) and radial aspect ratio ' on the occurrence of instabilities in the Taylor-Dean flow system. The experimental device used consists of a rotating inner cylinder and the outer cylinder is stationary. The rheological behavior of the fluid is viscoplastic obeying to Herschel Bulkley model. The onset of instability is examined using a visualization technique. For a given concentration in the range studied, the nature of the structure appearing in the flow system depends on ', while for a given value of ' in the range studied, the value of the critical Taylor number Tac depends on the particle concentration. We obtain that the critical Taylor number Tac corresponding to the onset of the first instability evolves nonlinearly versus '. In addition, we examined experimentally the effect of axial limitation (endwall effects) on the onset of instabilities in the Taylor-Dean flow system. The results show that the rotating endwalls do not affect the type of structures that appear in the Taylor-Dean flow system. However, they influence the threshold of appearance of instabilities which is characterized by high values of the critical Taylor number for rotating endwalls indicating a stabilizing effect of the rotating endwalls
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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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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, FranceIn 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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Godey, Cyril. "Bifurcations locales et instabilités dans des modèles issus de l'optique et de la mécanique des fluides". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD008/document.
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Cette thèse présente quelques contributions à l'étude qualitative de solutions d'équations aux dérivées partielles non linéaires dans des modèles issus de l'optique et de la mécanique des fluides. Nous nous intéressons plus précisément à l'existence de solutions et à leur stabilité temporelle. Le Chapitre 1 est consacré à l'équation de Lugiato-Lefever, qui est une variante de l'équation de Schrödinger non linéaire et qui a été dérivée dans plusieurs contextes en optique. En utilisant des outils de la théorie des bifurcations et des formes normales, nous procédons à une étude systématique des solutions stationnaires de cette équation, et prouvons l'existence de solutions périodiques et localisées. Dans le Chapitre 2, nous présentons un critère simple d'instabilité linéaire pour des ondes non linéaires. Nous appliquons ce résultat aux équations de Lugiato-Lefever, de Kadomtsev-Petviashvili-I et de Davey-Stewartson. Ces deux dernières équations sont des équations modèles dérivées en mécanique des fluides. Dans le Chapitre 3, nous montrons un critère d'instabilité linéaire pour des solutions périodiques de petite amplitude, par rapport à certaines perturbations quasipériodiques. Ce résultat est ensuite appliqué à l'équation de Lugiato-LefeverIn this thesis we present several contributions to qualitative study of solutions of nonlinear partial differential equations in optics and fluid mechanics models. More precisely, we focus on the existence of solutions and their stability properties. In Chapter 1, we study the Lugiato-lefever equation, which is a variant of the nonlinear Schrödinger equation arising in sereval contexts in nonlinear optics. Using tools from bifurcation and normal forms theory, we perfom a systematic analysis of stationary solutions of this equation and prove the existence of periodic and localized solutions. In Chapter 2, we present a simple criterion for linear instability of nonlinear waves. We then apply this result to the Lugiato-Lefever equation, to the Kadomtsev-Petviashvili-I equation and the Davey-Stewartson equations. These last two equations are model equations arising in fluid mechanics. In Chapter 3, we prove a criterion for linear instability of periodic solutions with small amplitude, with respect to certain quasiperiodic perturbations. This result is then applied to the Lugiato-Lefever equation
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Razafindrakoto, Mirijason Richard. "Modèle hydrodynamique de transistor MOSFET et méthodes numériques, pour l'émission et la détection d'onde électromagnétique THz". Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS035/document.
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Du fait de ses propriétés intéressantes, le domaine de fréquence térahertz (THz) du spectre électromagnétique peut avoir de nombreuses applications technologiques, de l'imagerie à la spectroscopie en passant par les télécommunications. Toutefois, les contraintes technologiques empêchant l'émission et la détection efficaces de ces ondes par des systèmes conventionnels ont valu à cette partie du spectre électromagnétique le nom de gap THz. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs solutions novatrices sont apparues. Parmi elles, l'utilisation de transistors à effet de champ s'est imposée comme une solution originale, bon marché, avec un fort potentiel d'intégration. Le mécanisme identifié fait intervenir l'interaction entre les ondes THz et des ondes de courant (dites ondes plasma) dans le canal du transistor. Le canal du transistor agit tel une cavité pour ces ondes plasma. Le dispositif peut alors se comporter de manière résonante ou non-résonante en fonction de divers paramètres. Dans ce manuscrit, nous étudions numériquement ces différents régimes à l'aide de modèles hydrodynamiques. Les modèles utilisés élargissent les phénomènes pris en compte dans de précédentes études théoriques. Les résultats portent sur la détection d'ondes THz par des transistors et dans une moindre mesure sur leur émission. Dans le régime non-résonant, nous étudions dans quelle mesure la plage de linéarité de détection peut être étendue. Dans le régime résonant, nous montrons l'existence de nouvelles fréquences de résonance, permettant d'élargir le spectre d'intérêt de ces détecteursDue to its interesting properties, the electromagnetic THz frequency range may lead to numerous technological applications, ranging from imaging to spectroscopy or even communications. However, technological constraints prevented the efficient emission and detection of such waves with conventional electronics, leading to the idea of the terahertz gap. In the last decades, multiple novel solutions to resolve this gap have been proposed. Amongst these, one may find the use of simple field effect transistors as the most promising one. Their production benefits from currently available CMOS technology thus drastically decreasing the fabrication cost of such a device while allowing it to be easily integrated within electronic circuits. The mechanism behind the emission and detection is the interaction between THz electromagnetic radiations and current oscillations, that is plasma waves, in the transistor's channel. This channel forms a cavity for plasma oscillations, hence, the device may act either resonantly or non-resonantly, depending on various parameters. This thesis deals with the numerical simulation of the transistor in different regimes using hydrodynamical models. These models account for multiple phenomena that have been considered in previous theoretical studies. Some theoretical results on both the emission and detection of THz radiation are presented. In the non-resonant case, we study how one can increase the linear regime of detection. In the resonant case, we show the existence of unexpected resonance frequencies, enlarging the detection spectrum of such detectors
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Longobardi, Raffaele. "Instabilité hydrodynamique dans les systèmes d'écoulement complexes". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30103.
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L'analyse de stabilité est un outil très puissant pour étudier les propriétés de systèmes fluides complexes, tels que des sillages, des jets, des bulles de recirculation, etc. Dans ce travail, la théorie de la stabilité linéaire a été appliquée à des situations très différentes. Dans la première partie, nous étudions les caractéristiques de stabilité d'un micro-mélangeur bidimensionnel en forme de T avec une texture super hydrophobe anisotrope à la surface du canal de sortie, utilisant un'approche de stabilité globale. Un'analyse paramétrique a été réalisée en faisant varier les propriétés de la surface, c'est-à-dire la longueur équivalente de glissement des rainures et leur angle d'orientation par rapport à la direction principale du gradient de pression. Nous avons caractérisé à la fois l'instabilité primaire et secondaire de ce type d'écoulement. Nous avons montré que dans certaines conditions, la présence de la SHS génère une instabilité instationnaire, capable d'améliorer le mélange dans le canal. Les parties deuxième et troisième concernent l'étude d'un jet laminaire visqueux à travers une ouverture circulaire utilisant une approche linéarisée incompressible. En particulier, dans la deuxième partie nous avons considéré un écoulement passant par un trou d'épaisseur nulle. Nous avons calculé la réponse de ce type d'écoulement à des perturbations harmoniques. Nous avons caractérisé à la fois l'amplification spatiale des perturbations et l'impédance, définie comme le rapport entre le saut de pression et le debis traversant le trou, qui est une quantité essentielle pour étudier la réponse du jet à un forçage acoustique. En raison de la grande amplification spatiale de la perturbation, le calcul requis un traitement spéciale des conditions limites à la sortie, et devient tôt impossible à mesure que le nombre de Reynolds augmente. Nous avons introduit une méthode basée sur la continuation analytique dans le plan complexe de la coordonnée axiale, qui nous permet d'étendre la gamme du nombre de Reynolds étudié jusqu'à Re = 3000. La troisième partie concerne la stabilité d'un jet passant à travers une ouverture circulaire dans une plaque épaisse. Les expériences et les simulations montrent que si la plaque est suffisamment épaisse, de fortes oscillations périodiques peuvent se produire et conduire à des sifflements caractéristiques, suggérant l'existence d'un mécanisme de rétroaction conduisant à des oscillations auto-entretenues. Nous avons montré que, contrairement aux attentes précédentes, le mécanisme de rétroaction n'est pas lié à l'acoustique, mais qu'une instabilité peut exister dans une description purement incompressible. Nous étudions les propriétés de stabilité de ce type d'écoulement en utilisant à la fois le critère de Nyquist, basé sur l'analyse d'impédance, et l'approche classique de stabilité globale. Enfin, l'analyse de sensibilité structurelle a montré que l'instabilité est associée à la présence d'une région de recirculation dans le trou. Dans la dernière partie, nous avons appliqué l'analyse de stabilité pour étudier la production sonore d'une configuration plus traditionnelle, à savoir l'appel d'oiseaux, où l'écoulement est contraint de passer par deux trous successifs dans des plaques incurvées. Bien que le fonctionnement de ce sifflet classique soit un phénomène compressible, l'approche incompressible peut fournir des informations utiles, du moins dans la région proche du trou. Nous avons utilisé initialement une approche de stabilité purement incompressible pour identifier les conditions critiques, les fréquences globales, et la structure des modes propres globaux résultants. Afin d'évaluer les effets compressibles, qui peuvent être pertinents dans la cavité entre les deux trous, nous avons modélisé la cavité comme un résonateur de Helmholtz. Enfin, une analyse compressible complète de la stabilité est effectuée afin de vérifier la validité de ces approches simplifiéesStability analysis is a very powerful tool in order to investigate the properties of a complex fluid system. For example, it turns out to be very useful for understanding the laminar&;turbulent transition scenario or to investigate the dynamic evolution of a fluid in very complex situations such as wakes, jets, recirculation bubbles etc. In this work, linear stability theory has been applied to very different situations. In the first part, we investigate the stability characteristics of a 2D T shaped micro mixer, a very common device in micro- and nano-fluidics, fitted with an anisotropic superhydrophobic texture on the walls of the outlet channel, using a global stability approach. A parametric analysis has been carried out by varying the surface properties, i.e. the equivalent slip length of the grooves and their orientation angle with respect to the direction of the main pressure gradient. We characterize both the primary and the secondary instability of such kind of flow. We show that in some conditions, the presence of the SHS generates an unsteady instability apt to improve the mixing in the channel. The second and third parts concern the linearized study of an incompressible laminar viscous jet passing through a circular aperture. In particular, in the second part we considered the flow passing through a hole of zero thickness. We compute the response of such kind of flow to harmonic perturbations. We characterize both the spatial amplification of perturbations and the impedance, defined as the ratio between the pressure jump and the flow rate across the hole, which is a key quantity to investigate the response of the jet to an acoustic forcing. Owing to the strong spatial amplification of the perturbation the computation requires a special treatment of the downstream boundary conditions, and quickly becomes impossible when the Reynolds number is increased. We introduce a method based on the analytical continuation in the complex plane of the axial coordinate, thus extending the range of Reynolds number investigated up to Re = 3000. The third part concerns the stability of a jet through a circular aperture in a thick plate. Experiments and simulations show that if the plate is thick enough, strong periodic oscillations can occur and lead to characteristic whistling tones, suggesting the existence of a feedback mechanism that supports self-sustained oscillations. We show that, contrary to previous expectations, the feedback mechanism is not related to acoustics and an instability can exist even in a purely incompressible description. We investigate the stability properties of such kind of flow using both the Nyquist criterion, based on the impedance analysis, and the classical global stability approach. Finally, we perform a structural-sensitivity analysis showing that the instability of such kind of flows is connected to the presence of a recirculation region in the hole. In the last part of the thesis we apply the stability analysis to the production of sound in a more traditional configuration, namely the birdcall, where the flow is constrained to pass through two successive holes in curved rigid plates. Although the production of sound in this classical whistle is a compressible phenomenon, an incompressible approach can provide some useful information at least in the region near the hole. We thus initially perform a purely incompressible stability analysis. We identify the critical conditions, the global frequencies, and discuss the structure of the resulting global eigenmodes. In order to reintroduce and evaluate compressible effects, which can be relevant in the cavity between the two holes, we model the cavity as a Helmholtz resonator and couple it to the incompressible simulation. Finally, a fully compressible stability analysis is performed in order to check the accuracy of these simplified approaches in term of critical conditions, global frequencies and structure of the modes
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Ella, Eny Geremino. "Instabilités thermiques et thermodiffusives de fluides viscoélastiques saturant un milieu poreux". Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10156/document.
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Dans ce travail de thèse tant théorique que numérique, on étudie les différentes instabilités pouvant se développer dans un milieu poreux saturé par un fluide viscoélastique et chauffé par le bas. La formulation mathématique des équations de ce problème repose sur la loi phénoménologique de Darcy généralisée à un fluide viscoélastique vérifiant l’approximation de Boussinesq. Ce problème admet une solution de conduction, et on trouve que deux types de structures sont susceptibles d’apparaître lorsque l’état de conduction perd sa stabilité : des structures stationnaires et des structures oscillatoires. Les seuils d’apparition de ces structures sont étudiés en fonction des paramètres adimensionnés du problème, à savoir le nombre de Rayleigh, les temps de relaxation et de retardation associés à l’élasticité du fluide. Une étude linéaire et non linéaire est donc menée. Il est intéressant de noter qu’une compétition entre les structures stationnaires et oscillatoires peut exister au voisinage d’un point appelé point de codimension 2. Une analyse non linéaire est donc menée au voisinage de ce point et est confrontée aux résultats issus des simulations numériques. Enfin, s’appuyant sur les propriétés de mélanges binaires des fluides viscoélastiques, une étude théorique est réalisée et nous montrons qu’il y a une compétition entre deux régimes : un régime où la viscoélasticité est dominante et un autre où l’aspect mélange binaire l’emporte. Ce résultat permet d’expliquer certaines observations expérimentalesIn this theoretical and numerical work, we study differents instabilities which can develop in a porous media saturated by viscoelastic fluid and heated from below. The mathematical formulation of the equations of this problem is based on phenomenological Darcy law generalized to a viscoelastic fluid verifying Boussinesq estimate. This problem admits a solution of conduction, and we find that two types of structures may appear when the conduction state loses his stability : stationary and oscillatory structures.The apparition thresholds of these thermo-convectives structures are studied and depend on the non-dimensionnalized parameters of the problem, Rayleigh number, relaxation and retardation time associated to the fluid elasticity. A linear and non linear stability is also realized. It is interesting to note that it can have a competition between stationary and oscillatory structures near a point named codimension 2 point. A linear analysis is also realized near this point and is compared to the numerical simulation results.Finally, by taking into account binary mixtures properties of the viscoelastic fluids, a theoretical study is realized and we show that there is a competition between two states : a state in which viscoelasticity is dominant and another state in which binaries properties are also dominants. This result can explain experimental observations
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Tijani, Niass. "Instabilités d'interfaces dans un écoulement gaz-liquide à contre courant". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://www.theses.fr/1996INPL111N.
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Cette thèse porte sur l'étude de l'écoulement d'un film liquide mince tombant sous l'effet de la gravité, et soumis ou non à un contre-courant de gaz, dans une conduite cylindrique verticale. Un des objectifs principaux est la caractérisation de la forme de la surface de ce film. Pour aboutir aux équations de cette surface, nous utilisons une technique de réduction du nombre des variables et des équations du problème formulé à partir du système des équations de Navier-Stokes et des conditions aux limites. Le modèle qui en découle constitue une généralisation de la plupart des modèles existant dans la littérature et montre que la structure ultime de la surface est une compétition entre les effets de la gravité, de la tension superficielle et du frottement interfacial. L’analyse de la solution de base nous a permis de caractériser la transition du film descendant au film ascendant, qui pourrait en résulter par une variation de débit de l'une quelconque des deux phases. L’étude linéaire de la stabilité confirme les travaux effectués sur le film plan et complète ces derniers grâce à l'analyse des instabilités convectives. La dérivation asymptotique de l'équation de l'amplitude montre que cette dernière est une équation de Schrödinger non linéaire avec un potentiel cubique. Une résolution numérique des équations du modèle nous a permis de caractériser l'évolution des amplitudes des modes instables et de leurs harmoniques. Les comparaisons entre les amplitudes des vagues et leurs célérités, avec les prédictions de la théorie linéaire sont très satisfaisantes. La simulation numérique directe par la méthode des éléments finis a permis de conforter les prédictions de la théorie linéaire. L’analyse des spectres montre un comportement plus complexe des amplitudes par rapport aux solutions de la méthode intégrale. La détermination de la forme locale du champ des vitesses pour un nombre de Reynolds inferieur à 500, constitue un résultat remarquable
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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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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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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 initialeMagnetic 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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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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Magdelaine-Guillot, de Suduiraut Quentin. "Hydrodynamique des films liquides hétérogènes". Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS531.
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Revêtir une surface d’un film mince permet de lui conférer de nouvelles propriétés, comme en réduire les reflets ou améliorer sa résistance aux rayures. Une méthode pour produire ces revêtements est le dépôt par voie liquide : elle consiste à couvrir la surface avec un matériau dispersé dans un liquide puis à le sécher. Cette méthode permet de fonctionnaliser efficacement et rapidement de grandes surfaces. Bien qu'attrayante pour l’industrie verrière, la perspective d'une fonctionnalisation par voie liquide se heurte actuellement à l'apparition de défauts dans le film lors de son séchage, notamment des variations d'épaisseurs sur de grandes distances. Ces imperfections détériorent l'esthétique et les propriétés optiques de la surface. Dans cette thèse, nous apportons un éclairage sur l’apparition de ces défauts, en étudiant les écoulements générés lors du séchage de films liquides de mélanges binaires. En effet, l'évaporation du solvant peut induire des variations de composition qui génèrent en retour des gradients de tension à la surface du film qui le déstabilisent. La combinaison d'expériences modèles, de modélisations théoriques et de simulations numériques ont permis de mettre en évidence et de décrire quantitativement plusieurs régimes, qui correspondent aux différents effets limitant l’instabilité : la pesanteur, la pression de Laplace, l’homogénéisation latérale par diffusion des composées dans le film ou au contraire la stratification verticale de ces composés, causée par l’évaporation. Une étude indépendante a été menée sur la génération de trains de bulles lorsque de l’air est lentement injecté dans un bainCoating processes allow functionalizing a surface to obtain new properties, as anti-glare or anti-scratch. Amongst the various methods, wet coating, the process of spreading then drying a liquid layer containing a material of interest, is particularly appealing because of its efficiency and low cost. One key hurdle, however, is the possible apparition of defects in the film during the drying process, notably, thickness variations over large areas. These imperfections degrade the aspect and the optical properties of the surface. In this Ph.D. thesis, we shed light on the apparition of these defects, by studying the flows triggered by the evaporation in liquid films of binary mixtures. Indeed, the evaporation of the solvent can induce variations of composition which generate in return gradients of tension at the film surface which destabilize it. The combination of model experiments, theoretical modeling and numerical simulations allowed us to reveal and describe quantitatively several regimes, which correspond to the factor limiting the instability: gravity, Laplace pressure, lateral homogenization by diffusion of the compounds or by their vertical stratification due to the evaporation. An independent study has been lead on the generation of bubble trains when air is slowly injected in a bath