Résumé:
Revue bibliographique sur les écoulements de Poiseuille-Rayleigh-Bénard : écoulements de
convection mixte en conduites rectangulaires horizontales chauffées par le bas.
Le présent travail propose une étude expérimentale et numérique des écoulements laminaire de
convection mixte dans un canal rectangulaire uniformément chauffé par le bas, à flux constant.
La présence du gradient thermique vertical crée un écoulement secondaire de convection naturelle
qui se superpose à l’écoulement principal en modifiant sa structure initiale qui était celle d’un
écoulement de Poiseuille symétrique. Nous nous intéresserons plus particulièrement à la naissance
de structures thermoconvectives sous forme de rouleaux longitudinaux d’axes parallèles à l’axe
de la conduite. Dans cette étude nous avons considéré l’écoulement de l’eau (Pr=7) dans un canal
rectangulaire avec grand rapport d’aspect 𝛤 = 10 pour des valeurs des nombres de Reynolds et
de Rayleigh comprises respectivement entre 50 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 100 𝑒𝑡 0 ≤ 𝑅𝑎 ≤ 106 . Deux
mécanismes d’initiation des rouleaux ont été mis en évidence. Le premier est un mécanisme
classique, il se produit pour de faibles valeurs du nombre de Reynolds et est initié par l’effet des
parois latérales donnant naissance à deux rouleaux longitudinaux qui se développent ensuite
progressivement vers le centre du canal, dans le sens de l’écoulement. Le deuxième mécanisme
se produit pour des valeurs plus grandes du nombre de Rayleigh et combine le précédent effet
avec un gradient de température supercritique dans la couche limite thermique inférieure, qui
simultanément déclenche des pairs de rouleaux longitudinaux dans toute la section centrale du
canal entre les deux premiers rouleaux. Nous avons trouvé que dans la présente configuration,
que la transition entre les deux mécanismes d’initiation des rouleaux se produit pour Ra/ Re2 ≈
18. Par conséquent, le transfert de chaleur est sensiblement amélioré comparativement à la pure
convection forcée grâce à l’écoulement de la structure responsable de l’inondation continue de la
paroi chaude par le fluide froid. Très peu de publications ont traité le cas de l’écoulement de l’eau
dans un canal rectangulaire avec un grand rapport d’aspect transversal.
