Convection naturelle MHD dans une cavité horizontale élancée - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Natural MHD convection in a slender horizontal cavity

Convection naturelle MHD dans une cavité horizontale élancée

Résumé

When growing single crystals semiconductor from a melt, natural convection governs the mass and heat transfer. As microgravity, the imposition of a permanent magnetic field on the bath - electrically conductive - is a way to stabilize, reorganize the flow and ultimately to damp it in order to approach the ideal conditions a diffusive transport of chemical species.
Lors de la croissance des monocristaux semi-conducteurs à partir d’un bain fondu, la convection naturelle gouverne de manière déterminante les transferts de masse et de chaleur. Comme la microgravité, l’imposition d’un champ magnétique permanent sur le bain – électro-conducteur – est un moyen de stabiliser, de réorganiser l’écoulement et, finalement, de le freiner afin de s’approcher au mieux des conditions idéales d’un transport diffusif des espèces chimiques. Dans un premier temps, une synthèse des connaissances acquises sur les écoulements thermogravitaires, magnétohydrodynamiques (MHD) ou non, est présentée. Puis, sur la base du dispositif expérimental MASCOT (MAgnetic Stabilisation of Convection and Turbulence), les phénomènes qui gouvernent l’écoulement thermogravitaire MHD du mercure dans une cavité cylindrique horizontale élancée, soumise à la fois à un champ magnétique uniforme et à un gradient de température horizontal, sont mis en évidence puis interprétés à l’aide de la MHD. Dans cette configuration particulière, les couches de Hartmann demeurent électriquement inactives. L’inertie n’influence l’écoulement que localement (aux extrémités de la cavité), et surtout dans le cas où la convection est intense (à grand nombre de Grashoff). Ailleurs, le couplage entre courants électrique induits et distribution de température est illustré par l’équilibre entre le rotationnel de la force de Laplace et le rotationnel de la force de flottabilité. Cet équilibre pilote l’écoulement pour un nombre de Rayleigh modifié, dit effectif, suffisamment faible. Une simulation numérique 3-D aux éléments finis de cet écoulement (laminaire) apporte une confirmation satisfaisante de ces résultats expérimentaux. La dernière étape de ce mémoire est l’étude expérimentale de la transition de cet écoulement vers la turbulence. Trois ondes oscillantes progressives ou stationnaires sont clairement identifiées pendant la transition. Si la convection est intense, ces ondes interagissent avec des instabilités stationnaires évoluant faiblement dans le temps. Le couplage non-linéaire associé au terme de convection dans l’équation de l’énergie engendre une bifurcation sous-critique. Puis, si le régime d’écoulement est faiblement convectif, le chaos survient à la suite d’une bifurcation supercritique de Hopf.
Fichier principal
Vignette du fichier
Davoust_Laurent_1996-reduitV2.pdf (9.75 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates et versions

tel-01340633 , version 1 (01-07-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01340633 , version 1

Citer

Laurent Davoust. Convection naturelle MHD dans une cavité horizontale élancée. Electromagnétisme. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01340633⟩

Collections

UGA CNRS SIMAP
620 Consultations
805 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More