Caractérisations quantitative et qualitative des modes supérieurs des instabilités d'écoulements newtoniens ou viscoélastiques dans le système de Couette-Taylor
Institution:
Le HavreDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The thesis work was concerned with three experimental studies on the instability modes in the Couette-Taylor system, formed of the flow between two coaxial differentially rotating cylinders. In the first study, we have used two experimental techniques: visualization technique by Kalliroscope flakes and PIV technique. Comparing the space-time digrams from visualization and PIV data, we have shown that in the case of fixed outer cylinder, the reflected light intensity by Kalliroscope flakes is related to the radial velocity component. In the second study, we have determined the nonlinear properties of Taylor spirals observed in the flow when the cylinders are counter-rotating : dissymmetry between the inflow and outflow, anharmonicity and mirror symmetry breaking. Furthermore, we have used the velocity measurements to describe the asymptotic dynamics in the neighbourhood of the defects resulting from spiral collisions (amplitude profile, jumping phase,…). In the last study, we have characterized the propreties of primary and secondary instability modes observed in the viscoelastic flow of Polyethylene Oxyde (PEO) when the outer cylinder is fixed. We have found the radial propagation of the waves in agreement with theoretical studies of inertia-elastic modes.
Abstract FR:
Dans ce travail, nous avons mené trois études expérimentales sur les régimes d’instabilités dans le système de Couette-Taylor, composé d’un écoulement entre deux cylindres coaxiaux en rotation différentielle. Dans la première étude, nous avons employé deux techniques de mesures : la Vélocimétrie par Image de Particules (PIV), et la visualisation par une nappe laser avec ensemencement de paillettes de Kalliroscope. La comparaison des diagrammes spatio-temporels issus de la visualisation et de la PIV a permis de montrer que lorsque seul le cylindre intérieur tourne, l’intensité de la lumière réfléchie par les paillettes de Kalliroscope était reliée à la vitesse radiale. La deuxième étude est consacrée aux propriétés non linéaires des spirales de Taylor observées dans l’écoulement lorsque les deux cylindres sont en contra-rotation: la dissymétrie entre l’écoulement entrant et sortant, l’anharmonicité et la brisure de symétrie miroir. Par ailleurs, nous avons mené une étude quantitative fine du comportement des vitesses au voisinage des défauts spatio-temporels issus de la collision de deux spirales (amplitude, saut de phase, …). La dernière étude a consisté à caractériser les propriétés des modes d’instabilité primaire et secondaire observés dans un écoulement viscoélastique d’une solution de polyoxyéthylène (POE) lorsque le cylindre extérieur est au repos. Nous avons mis en évidence la propagation radiale prédite dans les études théoriques sur les modes d’instabilité inertio-élastiques