Etude des instabilités dans les écoulements rotatifs : Application aux machines tournantes

Abstract

L'étude des écoulements rotatifs fait actuellement l'objet de plusieurs travaux et constitue une grande richesse phénoménologique, notamment dans l'apparition des différentes instabilités, des motifs d'écoulement ainsi que de la transition laminaire-turbulent. Parmi les systèmes d'écoulement rotatif les plus largement utilisés, le dispositif connu sous le nom de Taylor-Couette, fluide évoluant dans un espace annulaire entre deux corps rotatifs, qui est surtout connu pour son rôle dans le développement de la théorie de la stabilité hydrodynamique. En effet, l'examen des écoulements entre deux corps coaxiaux rotatifs tels que cylindres, sphères, cônes ou combinaison entre eux reste difficile à appréhender en raison du caractère tridimensionnel et instable du processus de transition. Dans ce travail, les structures d'écoulement et l'apparition des différentes instabilités entre deux corps rotatifs (cylindres, sphères, cônes) et les combinaisons entre eux sont étudiés numériquement à l'aide du code de simulation Ansys-Fluent pour des écoulements tridimensionnels et incompressibles. Un accent particulier est mis sur la première apparition et le développement ultérieur des instabilités. Le but de l'étude dans cette thèse est de fournir plus de détails sur les caractéristiques d'écoulement dans l'anneau entre les différents corps coaxiaux. Tous les corps testés, cylindres, sphères et cônes et combinaison entre eux sont des corps de révolutions symétriques autour de l'axe de rotation. La stratégie de modélisation a été développée dans ce travail en étudiant 4 paramètres d'écoulement de fluide différents :  Écoulement entre deux sphéro-cylindres rotatifs (combinaison cylindres-sphères).  Écoulement entre deux cylindres coniques rotatifs (combinaison cylindres-cônes).  Effet du fluide de travail confiné entre deux cylindres en rotation sur l'apparition des tourbillons de Taylor.  Effet du champ magnétique dipolaire sur la stabilité d'un fluide conducteur contenu entre deux sphères en rotation.