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

La convection thermique dans un anneau cylindrique vertical de grande hauteur en rotation differentielle et soumis a un gradient radial de temperature est etudiee de facon experimentale et numerique afin de deceler les principaux mecanismes d’instabilite et de transition vers la turbulence dans un tel systeme rencontre dans plusieurs configurations industrielles (moteurs et generatrices electriques, pompes a haute vitesse de reacteurs nucleaires a vapeur d’eau,…). Des qu’un gradient radial de temperature est applique a l’anneau, un ecoulement vertical ascendant pres de la paroi chaude et descendant pres de la paroi froide se met en route generant une grande cellule de recircualtion de vorticite azimutale. La superposition de la rotation du cylindre interieur induit un ecoulement azimutal (ecoulement circulaire de Couette) de vorticite axial. Lois des parois horizontales, l’ecoulement de base possede donc deux composantes de vitesses et de vorticite qui peut etre destabilise lorsque l’on augmente la vitesse de rotation ou la gradient radial de temperature. La nature des modes d’instabilite depend de l’intensite de chaque forcage mis en jeu : le nombre de Taylor Ta (mesurant le taux de rotation par rapport a la dissipation visqueuse) et le nombre de Grashof Gr mesurant l’importance de la difference de temperature par rapport a la dissipation visqueuse. Les resultats obtenus par visualisation et mesure de temperature par la methode de thermographie a cristaux liquides sont presentes dans le diagramme (Gr, Ta) pour des regimes d’instabilites non turbulents. Les etats observes ont ete retrouves dans des simulations numriques direrctes (DNS).