I.1.4 Convection en enceinte différentiellement
chauffée
On distingue principalement deux configurations, la
première est celle d'une enceinte contenant un fluide et soumise
à un gradient vertical de température (convection de
Rayleigh-Bénard), la seconde étant celle d'une cavité avec
un gradient horizontal de température.
L'enceinte qui est chauffée par le bas et refroidie par
le haut correspond à la configuration de la convection de Rayleigh
Bénard qui traite de la stabilité et le mouvement d'un fluide
confiné entre deux plaques horizontales qui sont maintenues à des
températures uniformes et distinctes. La convection de
Rayleigh-Bénard a une longue et riche histoire, elle a été
étudiée durant des décennies aussi bien pour ses
différentes applications industrielles que du point de vue recherche
fondamentale (Mabrouk G., 2010).
Paroi froide Tf
Adiabatique
Adiabatique
Paroi chaude TC
Figure 4 : schéma
représentant la configuration de la convection de Rayleigh-Bénard
cité par
(Mabrouk G., 2010)
Rédigé et soutenu par TIENTCHEU NSIEWE Maxwell
Phidelo Page 11
« Etude de la convection naturelle turbulente dans
une enceinte à paroi chauffé »
Pour illustrer le mécanisme de base de la convection de
Rayleigh-Bénard et les forces en présence qui sont en
compétition, on considère le mouvement d'une goutte de fluide
selon ce qui suit.
Tout d'abord, considérons une goutte située dans
le fond d'une couche de fluide, où la densité est plus faible que
la densité moyenne. Tant que la goutte reste immobile, elle est
entourée de fluides de même densité et la poussée
d'Archimède est nulle. Supposons maintenant une perturbation
aléatoire provoquant un léger déplacement de la goutte
vers le haut. Cette dernière est alors entourée de fluides de
densité plus grande et de température plus petite. Ainsi la
poussée d'Archimède, proportionnelle à la
différence de densité et au volume de la goutte, va s'exercer
vers le haut et va amplifier le mouvement ascendant initial de la goutte. On
peut raisonner de la même façon pour une goutte de fluide
située au sommet de la couche. La goutte subissant un léger
déplacement aléatoire vers le bas est alors entourée d'un
fluide moins dense et tend à s'enfoncer vers le bas de la couche.
Ces écoulements ascendants et descendants
définissent la convection naturelle. La convection s'amorce lorsque le
nombre de Rayleigh dépasse une valeur de 1700 (Bejan A. et Kraus A.,
2003).
Paroi froide Tf
Adiabatique
Paroi chaude TC
Figure 5 : schéma
représentant le déplacement d'une goutte de fluide (Bejan A.
et Kraus A., 2003)
Dans la 2éme configuration, l'une des parois
verticales est chauffée tandis que l'autre est refroidie, les parois
horizontales étant considérées comme adiabatiques (Figure
6). Dans ce cas, il n'y a pas de gradient critique de température et le
fluide est alors ascendant le long de la paroi chaude et descendante le long de
la paroi froide.
Adiabatique
Paroi chaude TC
Adiabatique
Paroi froide Tf
Figure 6 : schéma de la
convection dans une enceinte avec gradient horizontal de température
(Wang H. et al., 2006)
Rédigé et soutenu par TIENTCHEU NSIEWE Maxwell
Phidelo Page 12
« Etude de la convection naturelle turbulente dans
une enceinte à paroi chauffé »
Il existe des configurations donc la source de chaleur n'est pas
répartir sur toute la paroi
horizontale ou verticale. Mais il y'a plutôt des sources
de chaleur qui sont introduites dans l'enceinte (Binet B., 1998).
Figure 7 : enceinte rectangulaire
comportant plusieurs sources de chaleur surfaciques (Binet B.,
1998)
On peut retrouver les éléments suivants dans la
définition d'une cavité différentiellement chauffée
:
? Les parois actives, dont l'une est
chauffée à flux uniforme, et l'autre est refroidie (avec
un
écart de température constant) ;
? parois passives, qui sont
supposées adiabatiques ou libre selon le phénomène
étudié ;
? Un rapport de forme verticale qui est
le rapport de la longueur sur la largeur.
| 
