Etude expérimentale et numérique 3D des instabilités de convection naturelle générées autour dun barreau carré chauffé positionné horizontalement au centre dune cavité
Résumé
Létude concerne un écoulement de convection naturelle en régime transitionnel autour dun barreau
chauffant de section carrée, placé à lintérieur dune enceinte parallélépipédique remplie dair refroidie par
les parois haute et basse. Lobjectif est de caractériser les instabilités de cet écoulement par des approches expérimentale
(PIV 2D) et numériques (SND 3D, analyse de stabilité linéaire) complémentaires. Létude sappuie
sur lanalyse des champs instantanés de vitesse et des grandeurs statistiques associées (moyenne, ecart-type),
qui révèle un très bon accord numérique-expérience. Elle est complétée par une analyse de stabilité linéaire et
une caractérisation spectrale de lécoulement. Les résultats montrent que le caractère instable de lécoulement
résulte dun mécanisme 3D issu de la compétition entre le développement de structures tourbillonnaires allongées
suivant laxe du barreau et lapparition de cellules convectives de type Rayleigh-Bénard placées au-dessus
et orientées perpendiculairement à la source de chaleur. Malgré la nature 3D des instabilités, lécoulement
moyen présente une configuration 2D prononcée. Certaines des spécificités les plus notables caractérisant les
instabilités sont présentées dans ce papier. En particulier, le spectre des modes spatiaux longitudinaux possède
une certaine analogie comparé aux spectres découlements turbulents avec des valeurs non conventionnelles
des pentes associées aux zones inertielle et dissipative.