Convection naturelle en cavité à haut Rayleigh

Ce thème porte sur l’étude des écoulements de convection naturelle turbulente en espace confiné. Des mesures (vitesse, température, flux) visant à caractériser des écoulements turbulents de convection naturelle ont été réalisées sur un dispositif unique : une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur (rapport de forme vertical 4). Il s’agit dans un premier temps de décrire finement ces écoulements si particuliers avec des conditions limites bien identifiées en restant dans le cadre de l’approximation de Boussinesq. Des nombres de Rayleigh compris 4,0×1010 et 1,2×1011 sont ainsi accessibles.

Une première étape de caractérisation globale des transferts et des écoulements a été réalisée montrant notamment :

    • La modification des émissivités de paroi a permis de mettre en évidence expérimentalement l’influence du rayonnement de surface sur la stratification thermique.
    • Les mesures de vitesse (LDV 2D) dans le tiers supérieur de la cavité ont mis en évidence un écoulement redescendant en partie externe haute de la couche limite chaude. L’aéraulique globale de l’air dans cette cavité a été étudiée par PIV.
    • Les profils de température dans la cavité sont obtenus en différentes positions par des microthermocouples. Ces mesures ont permis de remonter à la distribution de flux pariétal.
    • La synthèse de ces résultats a fourni des lois d’évolution (corrélations) pour décrire les écoulements et les transferts dans les différents régimes d’écoulement rencontrés.Dans un deuxième temps, des méthodes de mesures expérimentales ont été développées spécifiquement pour accéder à des grandeurs originales (flux thermiques instantanées, flux thermiques turbulents) permettant de mieux appréhender les mécanismes physiques de transferts et de pouvoir envisager leur modélisation. Cette dernière action se poursuit actuellement.
Flux thermiques turbulents - Comparaison DNS-Experimental

Flux thermiques turbulents – Comparaison DNS-Experimental