Convection mixte laminaire dans un tuyau incliné : développement simultané et phénomène de bifurcation

Abstract

Dans la présente thèse, on étudie la convection mixte dans un écoulement confiné dans un tuyau incliné et soumis à un taux de chauffage pariétal élevé. Ce travail est divisé en deux parties. Dans la première partie, on présente une analyse sur le développement simultané d'un écoulement laminaire avec un nombre de Reynolds de 500. Les résultats obtenus à l'aide d'un modèle numérique basé sur une formulation parabolique de l'écoulement tridimensionnel ont montré une influence importante de l'inclinaison du tuyau, du nombre de Prandtl et du nombre de Grashof sur la naissance et le développement de l'écoulement secondaire induit par la convection naturelle ainsi que sur la distribution axiale des coefficients moyens de transfert de chaleur et de friction. La deuxième partie concerne le phénomène de bifurcation associé à la convection mixte développée. Une série d'expériences numériques a permis d'identifier deux modes différents caractérisant l'écoulement. Le premier mode, rencontré à faibles taux de chauffage, correspond à une structure unique et bicellulaire. Le deuxième se caractérise par la présence de solutions doubles: une à deux tourbillons et l'autre à 4. L'effet des paramètres indépendant suivants: le nombre de Grashof, le nombre de Prandtl et l'inclinaison, sur la transition d'une structure de l'écoulement à une autre a été évalué. Des cartes de régimes de l'écoulement ont été présenté en fonction de ces paramètres.