Convection thermique dans un anneau cylindrique en rotation différentielle avec un gradient radial de temperature

International audienceLa convection thermique dans un anneau cylindrique vertical de grande hauteur en rotation différentielle et soumis à un gradient radial de température est étudiée de façon expérimentale et numérique afin de déceler les principaux mécanismes d’instabilité et de transition vers la turbulence dans un tel système rencontré dans plusieurs configurations industrielles (moteurs et génératrices électriques, pompes à haute vitesse de réacteurs nucléaires à vapeur d’eau,…). Dès qu’un gradient radial de température est appliqué à l’anneau, un écoulement vertical ascendant près de la paroi chaude et descendant près de la paroi froide se met en route générant une grande cellule de recircualtion de vorticité azimutale. La superposition de la rotation du cylindre intérieur induit un écoulement azimutal (écoulement circulaire de Couette) de vorticité axial. Lois des parois horizontales, l’écoulement de base possède donc deux composantes de vitesses et de vorticité qui peut être destabilisé lorsque l’on augmente la vitesse de rotation ou la gradient radial de température. La nature des modes d’instabilité dépend de l’intensité de chaque forçage mis en jeu : le nombre de Taylor Ta (mesurant le taux de rotation par rapport à la dissipation visqueuse) et le nombre de Grashof Gr mesurant l’importance de la différence de température par rapport à la dissipation visqueuse.Les résultats obtenus par visualisation et mesure de température par la méthode de thermographie à cristaux liquides sont présentés dans le diagramme (Gr, Ta) pour des régimes d’instabilités non turbulents. Les états observés ont été retrouvés dans des simulations numriques direrctes (DNS)