Le CNRS
Université Paris-Sud
English

  Fluides, Automatique
  et Systèmes Thermiques

 Chercher sur ce site

 

   Accueil > Convection et transferts

Convection et transferts

 English version


Cette thématique s'intéresse aux processus pour lesquels les transferts de chaleur ou de matière sont le mécanisme dominant dans la production d'écoulement, la formation de structures ou la transformation du milieu. L'accent est mis sur l'étude des instabilités et sur la prise en compte de milieux à propriétés fortement variables. Les champs d'application sont des processus industriels ou des phénomènes naturels. L'approche couple les montages expérimentaux, la modélisation et la simulation numérique.



Membres permanents :

P. Carles, A. Davaille, G. Dietze, F. Doumenc, B. Guerrier, S. Mergui, C. Morize, N. Ribe, E. Sultan

Membres non-permanents :

M. Dey (PostDoc), N. Kofman (Thèse), A. Sibrant (Thèse)

Membres précédents :

S. Androvandi (Thèse, 2009), N. Asaadi (PostDoc, 2010), S. Chakraborty (Thèse, 2012), E. Digiuseppe (PostDoc, 2012), D. Gobin (DR, 2010), B. Gueslin (PostDoc, 2009), S. Hirata (ATER UPMC, 2009), C. Hsueh (Thèse, 2012), V. Janecek (PostDoc, 2013), G. Jing (PostDoc, 2009), Z. Li (PostDoc, 2012), A. Limare (Vist., 2010), F. Loghmari (Thèse, 2010), A. Massmeyer (Thèse, 2013), E. Mittelstaedt (PostDoc, 2010), M.-C. Renoult (Thèse, 2012), C. Ruyer-Quil (MCF UPMC, 2013), F. Seychelles (PostDoc, 2010), F. Touitou (Thèse, 2012), J. Vatteville (Thèse, 2009)


Ecoulements diffus dans les sources hydrothermales océaniques

. , . , A. Davaille
Collaborations : J. Escartin (IPGP), F. Moisy

ANR PTECTO

Nous avons développé une nouvelle méthode de mesures des champs de vitesse au fond des océans basée sur le background-oriented shlieren et l'analyse d'images video du plancher océanique. Particulièrement adaptée aux écoulements "diffus" sortant des fractures autour des sources hydrothermales, elle nous a permis de montrer que les circulations liées aux fractures surpassaient celles des fumeurs et dominaient sans doute le bilan de flux de chaleur des champs hydrothermaux.

Mittelstaedt E., A. Davaille, P. van Keken, N. Gracias, J. Escartin Geochem. Geophys. Geosyst. Q10005, (2010)
doi:10.1029/2010GC003227

Structuration de dépôts dans un procédé d'enduction de type dip-coating

H. Bodiguel, F. Doumenc, B. Guerrier, C. Hsueh, G. Jing
Collaborations: C. Moraila-Martinez, M. Valverde (Univ. Granada)
European ITN Multiflow

Lors de la formation de dépôts de particules ou de macromolécules à partir de l'évaporation d'un solvant, des phénomènes complexes apparaissent au voisinage de la ligne triple où le flux d'évaporation est maximal. Nous nous intéressons au couplage entre hydrodynamique et évaporation qui peut entraîner une auto-structuration du dépôt comme illustré sur l'image ci-contre pour une suspension colloïdale de silice (hauteur du dépôt ∼ 1 µm; longueur d'onde ∼ 100µm).

H. Bodiguel et al. Langmuir 26, 10 (2010)
doi: 10.1021/la100547j, 10.1021/la204234t

C. Hsueh et al. Chem. Eng. Process. 68, (2013)
doi: 10.1016/j.cep.2012.07.006

En savoir plus

Modélisation et simulation numérique de l'évaporation au voisinage d'une ligne triple

F. Doumenc, B. Guerrier, V. Janecek
Collaborations : V. Nikolayev (PMMH)
European ITN Multiflow

L’évaporation au voisinage d’une ligne de contact ou d’un ménisque est un phénomène qui intervient dans de nombreux processus (nucléation de bulles, procédés d’enduction, caloducs etc.) Nous nous intéressons au développement de modèles et outils numériques permettant de décrire le comportement hydrodynamique et les transferts dans ces processus, en tenant compte des différentes échelles mises en jeu. La figure ci-contre illustre les lignes de courant induites par l'évaporation et le mouvement du substrat dans une configuration de mouillage total.

En savoir plus

Instabilités dans un écoulement de Poiseuille-Rayleigh-Bénard

F. Seychelles, S. Mergui
Collaborations : X. Nicolas (LETEM), S. Xin (CETHIL), C. Abid (IUSTI)

Un écoulement d'air dans un canal rectangulaire est chauffé par le bas et refroidi par le haut. Sous certaines conditions, cet écoulement se déstabilise sous forme de rouleaux longitudinaux qui se développent à partir des parois latérales du canal puis se propagent progressivement vers le centre. Cette instabilité primaire peut constituer l'état de base d'une instabilité secondaire qui apparait sous la forme de rouleaux sinueux si une excitation permanente est introduite dans le système. On s'appuie ainsi sur la nature convective de cette instabilité afin d'identifier les paramètres les plus pertinents à imposer pour optimiser l'uniformité des transferts de chaleur au niveau de la paroi chauffée à partir de mesures de fluctuations de température.

Des suspensions colloidales à la Tectonique des Plaques: Rhéologie, localisation de la déformation et convection lors du séchage de fluides complexes

E. Digiuseppe, A. Davaille, . , . 
Collaborations : F. Doumenc, L. Pauchard, V. Lazarus, B. Guerrier, G. Gauthier

ITN Marie Curie CRYSTAL2PLATE, ANR PTECTO

Lors du séchage d'une suspension colloidale, l'évaporation du solvant induit un enrichissement en particules et une modification du contenu ionique, ce qui influence fortement la rhéologie. En conséquence, sont observées des bandes de cisaillements, des fractures, ou encore la génération épisodiques de bulles. En couche épaisse, une peau se forme à la surface et des mouvements de convection se développent. En fonction de la rhéologie de la peau, plusieurs régimes sont observés. Ceux-ci présentent de grandes similarités avec les planètes (subduction et tectonique des plaques sur Terre, renouvellement épisodique de la surface sur Venus,...).

Di Giuseppe A., Davaille A., Mittelstaedt E. and François M. Rheol. Acta 55, 451-465 (2012)
doi:10.1007/s00397-011-0611-9.

Film tombant en interaction avec un gaz

G. Dietze, C. Ruyer-Quil

Le transfert de chaleur et/ou de masse entre deux phases liquide et gazeuse peut être réalisé â l'aide de films liquides tombants. Ceux-ci sont instables vis-á-vis de perturbations interfaciales et développent par conséquent des ondes de surface intensifiant les mécanismes de transfert. L'image ci-contre montre des lignes de courant au sein d'un tel film ainsi que dans la phase gazeuse environnante (haut: contre-écoulement, référentiel fixe; bas: co-écoulement, référentiel des ondes). Ces représentations mettent en évidence des structures tourbillonnaires induites par l'instabilité du film.

G. F. Dietze, C. Ruyer-Quil J. Fluid Mech. 722, 348 (2013)

Instabilités thermiques dans les fluides à seuil

A. Massmeyer, A. Davaille, E. Digiuseppe, B. Gueslin
Collaborations : T. Rolf, P. Tackley (ETH Zurich)

ITN Marie Curie CRYSTAL2PLATE, ANR PTECTO

Nous étudions les conditions d'existence et la morphologie des instabilités générées par une source ponctuelle de chaleur dans le carbopol, un fluide à seuil. La morphologie en doigt (à gauche de la figure) est radicalement différente de la morphologie en champignon des panaches observés dans les fluides newtoniens. Elle est due à la forte localisation de la déformation sur le pourtour de l'instabilité (à droite).

Davaille A., Gueslin B., Massmeyer A., Di Giuseppe E. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 193, (2013)
doi.org/10.1016/j.jnnfm.2012.10.008

Massmeyer A., E. Di Giuseppe, A. Davaille, T. Rolf, P.J. Tackley J. Non-Newtonian Fluid Mech. 195, (2013)
doi.org/10.1016/j.jnnfm.2012.12.004

Dynamique d'un film tombant tridimensionnel

G. Dietze

Collaborations : B. Scheid (ULB, Bruxelles), W. Rohlfs et Reinhold Kneer (RWTH Aachen)

Les ondes tridimensionnelles sur la surface libre d'un film liquide tombant intensifient le transport convectif dans les phases avoisinantes, influant ainsi sur l'efficacité de procédés multiphasiques comme la distillation. Ici, nous étudions par simulation numérique (méthode VOF-CSF) l'effet des ondes sur le champ de vitesse et vice versa.

G. F. Dietze, W. Rohlfs, K. Nährich, R. Kneer et B. Scheid J. Fluid Mech. 743, 75 (2014)

Convection thermique lorsque la viscosité dépend fortement de la température: du laboratoire aux planètes

S. Androvandi, J. Vatteville, F. Touitou, A. Davaille
Collaborations : A. Limare, G. Brandeis (IPGP), I. Kumagai (Meisei Univ., Japan), P. van Keken (Univ. Michigan, USA)

ANR PTECTO

La forte variation de la viscosité en fonction de la température introduit une asymétrie entre les couches limites ("CL") froides, plus visqueuses, et les CL chaudes. Différents régimes de convection sont alors observés, résultant des interactions entre CL. A faible nombre de Rayleigh, la convection demeure cellulaire (figure du haut) alors qu'à haut nombre de Rayleigh, plusieurs échelles de convection se superposent (figure du bas). Ceci pourrait e partie expliquer la répartition du volcanisme intraplaque sur Terre.

Androvandi S., Davaille A., Limare A., Fouquier A., Marais C. Phys. Earth Planet. Int. 188, (2011)
doi:10.1016/j.pepi.2011.07.004

Instabilités 3D d'un film tombant

N. Kofman, S. Mergui, C. Ruyer-Quil

Un film liquide tombant sur un plan incliné se déstabilise pour former une onde solitaire composée d'une onde principale précédée de petites ondes capillaires. Ces ondes capillaires se déstabilisent à leur tour pour générer des motifs tridimensionnels. Les conditions d'apparition de ces instabilités 3D sont étudiées expérimentalement grâce à des cartes d'épaisseur de film obtenues par une méthode optique de type Schlieren.

Convection de Rayleigh-Bénard-Marangoni induite par séchage d'un film plan

F. Doumenc, B. Guerrier
Collaborations : T. Boeck (Univ. Ilmenau), E. Chenier (MSME), C. Dang Vu (LIMSI), M. Rossi (IJLRA), B.Trouette (MSME)

Lors du séchage d'une solution polymère, l'évaporation du solvant induit un enrichissement en polymère et une baisse de température en surface qui peuvent conduire à une situation hydrodynamiquement instable (Rayleigh-Bénard-Marangoni, thermique ou solutal). Des études théoriques et numériques sont développées pour analyser le rôle respectif des différents mécanismes sur la déstabilisation du système. La simulation numérique ci-contre illustre l'évolution du champ de viscosité au cours du séchage.

F. Doumenc et al. IJHMT 63, (2013)
doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.03.070

En savoir plus