Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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Équipe Phénomènes convectifs couplés

Convection et instabilités en présence de champ magnétique

Convection et instabilités en présence de champ magnétique

Hamda Ben Hadid, Daniel Henry, R. Touihri, S. Kaddeche, T. Mullin, A. Juel, T. Lyubimova

Dans le cas de matériaux électriquement conducteurs tels que les semi-conducteurs, le contrôle de la convection durant la phase d’élaboration du matériau peut être obtenu par l’application d’un champ magnétique statique ou tournant.

Le champ magnétique tournant permet d’uniformiser la concentration en soluté au voisinage de l’interface. Nos études en rapport avec cette thématique (collaborations avec T. Lyubimova (Russie)) concernent principalement l’action du champ tournant sur la cavité cylindrique horizontale différentiellement chauffée, action sur la convection et sur les instabilités qui se développent [B15, A98].

Le champ magnétique statique permet le contrôle de la convection et des instabilités oscillatoires au sein du bain fondu afin d’obtenir une meilleure qualité de matériaux. Nos travaux sur cette thématique ont été nombreux. Ils ont d’abord porté sur la caractérisation du freinage de la convection et des modifications de morphologie sous champ magnétique en cavité parallélépipédique ou cylindrique horizontale chauffée longitudinalement (collaboration avec T. Mullin et A. Juel de l’université de Manchester (U.K.)) [A23, A29, A33, A34, A39, A50, A55].

Nous avons ensuite développé nos études avec l’objectif de préciser l’action de stabilisation du champ magnétique sur les écoulements. Plusieurs directions ont été abordées : la stabilisation par champ magnétique des instabilités affectant l’écoulement dans une couche fluide infinie chauffée par un gradient de température horizontal (écoulement de Hadley étudié par analyse de stabilité linéaire en collaboration avec S. Kaddeche de l’INSAT de Tunis (Tunisie)) [A34, A58, A59, A60, A63], dans une couche confinée transversalement (collaboration avec T. Lyubimova de Perm (Russie)) [A90, A91], et enfin dans une cavité parallélépipédique (collaboration avec Manchester) [A86, A87], puis la stabilisation par champ magnétique des instabilités de Rayleigh-Bénard en cavité cylindrique (étude par méthode de continuation réalisée avec R. Touihri (LAMSIN, Tunis)) [A31, A40, A45, A47, A48, A52, A94, A100, A101].

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Variation des seuils de transition vers un régime oscillatoire (Gr_c) en fonction de l’intensité du champ magnétique (Ha) pour une cavité tridimensionnelle chauffée latéralement (Rapports de forme : longitudinal A_x=4, transverse A_y=2 ; Pr=0.026). Trois directions du champ magnétique sont considérées : verticale (+) (très forte stabilisation), transverse (X) (forte stabilisation), longitudinale (cercles) (stabilisation la plus lente) [A87].

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Evolution des trois premiers modes de Fourier (qui sont les modes les plus instables dans une cavité cylindrique chauffée par le bas) lorsqu’on applique un champ magnétique horizontal (direction horizontale sur la figure). Le schéma représente les trois modes m=0, m=1 et m=2 pour Ha=0 (les modes m=1 et m=2 étant définis à une rotation près), puis les cinq uniques possibilités pour Ha non nul, qui correspondent à des structures orientées (vues donnant la vitesse verticale dans le plan horizontal central de la cavité).

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Stabilisation des trois premiers modes critiques apparaissant dans une cavité cylindrique chauffée par le bas avec surface libre par application d’un champ magnétique horizontal (Ra_c fonction de Ha). Les modes dont l’axe des rouleaux est parallèle au champ magnétique sont les moins stabilisés (vues donnant la vitesse verticale dans le plan horizontal central de la cavité).