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Séminaire de Mécanique d'Orsay

Le Lundi 11 décembre 2017 à 12h30 - Salle de conférences du LIMSI

Turbulent convection in Rayleigh-Bénard cells with modified boundary conditions / Convection turbulente dans les cellules de Rayleigh-Bénard avec des conditions limites modifiées

Andres Castillo
UPMC, LIMSI, Université Paris-Saclay

We are interested in the study of the large-scale flow patterns in turbulent Rayleigh-Bénard convection, and of the influence exerted by different factors on the flow structures and on their temporal evolution. This work is composed of two parts. In the first part, we study the structure and the temporal evolution of the large-scale flow inside a square (2D) Rayleigh-Bénard cell. The proposed characterization combines a statistical analysis with a physical approach relying on the angular momentum as well as the kinetic and potential energies to highlight the underlying physical mechanisms. We subsequently attempt to tie these mechanisms together to each of the distinctive flow patterns observed and to their temporal evolution. In the second part, we focus on the changes in the large-scale flow resulting from imposing a strong degree of lateral confinement on a slim rectangular (3D) Rayleigh-Bénard cell. This configuration exhibits the formation of large coherent structures in the vertical direction, or turbulent channels, instead of a system-wide circulation. Confinement also exhibits a strong influence on several global quantities such as the Nusselt and Reynolds numbers. In order to assist in the exploration of the severely confined regime, we develop and validate a reduced dimensionality model with inertial corrections. Using this model, we are able to explore the parameter space and provide further insight in the limit of strong confinement. On s'intéresse à l'étude des écoulements à grande échelle dans la convection turbulente de Rayleigh-Bénard, et de l'influence exercée par différents facteurs sur leur structure et leur évolution temporelle. Ce travail se compose de deux parties. Dans la première partie, nous étudions la structure et l'évolution temporelle des écoulements à grande échelle à l'intérieur d'une cellule carré (2D) de type Rayleigh-Bénard. La caractérisation proposée mélange une approche statistique avec une approche physique en s'appuyant sur l'évolution du moment cinétique angulaire ainsi que sur l'évolution des énergies cinétiques et potentiel disponibles, pour mettre en évidence les mécanismes physiques sous-jacents. Nous essayons par la suite de relier ces mécanismes aux structures persistantes observées et à leur évolution temporelle. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur les changements dans la circulation à grande échelle, cette fois résultant de l'imposition d'un fort degré de confinement latéral dans une cellular rectangulaire mince (3D) de type Rayleigh-Bénard. Cette configuration présente la formation des grandes structures cohérentes dans la direction verticale, connues sous le nom des canaux turbulents, au lieu d'une circulation à l'échelle du système. Le confinement présente également une forte influence sur différentes quantités globales, tels que les numéros de Nusselt et Reynolds. Afin d'aider à l'exploration du régime sévèrement confiné, nous développons et validons un modèle de dimensionnalité réduit avec corrections inertielles. En utilisant ce modèle, nous sommes en mesure d'explorer l'espace des paramètres et effectuer des observations dans la limite d'un fort confinement.

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