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

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Ecoulements créés par ondes ultrasons

Ecoulements créés par ondes ultrasons

Sophie Miralles, Valéry Botton, Séverine Millet, Daniel Henry, Hamda Ben Hadid, S. Kaddeche

La propagation d’ondes acoustiques dans un fluide peut entraîner la création d’un écoulement stationnaire à grande échelle, connu sous le nom d’acoustic streaming. Nous nous intéressons principalement à l’Eckart streaming pour lequel le mouvement est créé au sein du fluide par les tensions de Reynolds résultant du passage de l’onde acoustique. Ces écoulements peuvent être utilisés pour stabiliser certaines situations ou au contraire pour favoriser les instationnarités et le chaos et promouvoir le mélange.

Vidéo montrant la mise en mouvement du fluide par acoustic streaming.

Une expérience dans l’eau visant à mettre en évidence les caractéristiques de l’Eckart streaming en rapport avec les propriétés du champ acoustique a été développée dans notre équipe. Des résultats intéressants ont pu être obtenus sur les caractéristiques du jet d’acoustic streaming en champ proche et en champ lointain, et sur les oscillations pouvant se produire. Un modèle a été développé qui permet de bonnes comparaisons des calculs numériques avec les expériences [A111, A112, A115] (thèse de B. Moudjed).

Vidéo montrant l’oscillation du jet (en haut composante longitudinale de la vitesse, en bas composante transverse).

L’écoulement créé dans l’eau par un faisceau acoustique qui se réfléchit sur une paroi en verre a aussi été analysé expérimentalement et numériquement. De bonnes comparaisons sont obtenues [A118].

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Ecoulement généré par un faisceau réfléchi (résultat expérimental).

Une situation à 4 jets, obtenue suite à trois réflexions du faisceau acoustique sur les parois, a ensuite été étudiée expérimentalement et numériquement. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la transition vers des états chaotiques [A128, A131].

Vidéo montrant les oscillations se développant dans une situation à 4 jets, obtenue suite à trois réflexions du faisceau acoustique sur les parois (simulation numérique montrant les perturbations de vitesse (flèches et iso-valeurs en couleur) et les jets moyens (iso-valeur en noir)).


Travail plus ancien : stabilisation de la convection par acoustic streaming.

Nous avons aussi étudié l’action de l’Eckart streaming sur les instabilités apparaissant dans une couche infinie quand elle est soumise à un gradient de température horizontal (écoulement de Hadley). Pour de petites largeurs de source ultrason, les situations sont déstabilisées, mais pour de plus grandes largeurs, des effets de stabilisation peuvent être obtenus dès que l’onde ultrason est appliquée. Un bon choix de décentrement du faisceau peut aussi améliorer cette stabilisation [A77, A92, A97]. Des calculs par méthode de continuation en cavité 3D de dimensions 4x1x1 montrent que, dans cette situation aussi, la transition oscillatoire peut être stabilisée par l’action du champ ultrason. Cette stabilisation évolue avec la longueur de la cavité et le nombre de Prandtl [A85, A88] (thèse de W. Dridi). Nous avons aussi montré l’effet stabilisant pouvant être obtenu par l’Eckart streaming dans le cas de la situation de Rayleigh-Bénard [A102].