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L’écoulement de von Kármán comme paradigme de la physique statistique hors équilibre
 
SPEC - Groupe SPHYNX
Fri, Oct. 04th 2013, 10:30
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Lien vers le manuscrit.


Résumé :

Cette thèse effectuée au sein du SPEC tente d'effectuer une approche de physique statistique (à l'équilibre et hors équilibre) d'un écoulement pleinement turbulent dit de « von Kármán »  produit par la contra-rotation de deux turbines dans un cylindre rempli de fluide.

Dans une première partie, les résultats expérimentaux obtenus en commande en vitesse sont complétés par des observations par PIV, puis étudiés dans le cadre de la mécanique statistique: la divergence de susceptibilité qui est notamment observée est étudiée à la manière d'un modèle d'Ising-Champ moyen, dans lequel les corrélations spatiales de l'écoulement et le théorème fluctuation-dissipation sont examinés.

En second lieu, les résultats de commande en couple sont complétés : l'existence de réponses différentielles négatives dans l'écoulement autorise une analogie avec certains dipôles électriques et fluides complexes. Nous interprétons ces résultats comme une forme d'inéquivalence d'ensemble, typique des systèmes possédant des interactions à longue portée. Les temps d'échappement des régimes multi-stables sont également étudiés comme un simple problème de puits de potentiel de Kramers, révélant une dynamique globale à petit nombre de degrés de liberté.

Enfin, des résultats préliminaires de l'expérience SHREK effectuées dans l'hélium à très basse température sont présentés. Les couples mécaniques exercés sur les turbines sont similaires dans le cas du fluide normal et du superfluide. Les nombres de Reynolds accessibles dans l'expérience permettent en outre une étude plus complète du cycle d'hystérésis en fonction du nombre de Reynolds.

 

écoulement de von Kármán – turbulence – mécanique statistique hors-équilibre – transitions de phase – superfluidité


The von Kármán flow as a paradigm for out-of-equilibrium statistical physics

Abstract :

This dissertation tries a novel approach of statistical mechanics (at and out of equilibrium) to understand the behaviour of a fully turbulent confined flow --- von Kármán flow --- stirred by two counter-rotating impellers in a cylinder vessel. First, experimental results from speed control are extended using new PIV observations: the susceptibility divergence of the flow is studied similarly to a mean-field Ising model, for which the spatial correlations and the fluctuation-dissipation theorem are examined. Second, additional experimental results obtained in torque control are also detailed, revealing negative differential responses allowing an analogy with other out-of-equilibrium experiments such as electrical dipoles or complex fluids. These results are understood in the framework of ensemble inequivalence, typical of long-range interacting systems. In addition, escape times from attracting states in multi-stable experiments display a Kramers-like simple dynamics, as do systems with few degrees of freedom. Finally, preliminary results from the SHREK experiment are shown: torques measured in normal and superfluid liquid helium exhibit similar results. Moreover, the Reynolds number range achieved in this experiment allows a more thorough study of the evolution of the hysteresis cycle already studied for lower Reynolds numbers.


http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast...
Contact : Brice SAINT-MICHEL

 

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