Réseau de panaches en convection thermique turbulente

Contexte scientifique

Les écoulements turbulents de convection thermique sont constitués d’un ensemble de structures
cohérentes, les panaches, erratiques et plus ou moins intenses, dont la structure et les propriétés statistiques ne sont pas bien connues. Or, les plus énergétiques d’entre eux sont associés à des phénomènes pouvant se révéler nocifs voire destructeurs. On peut citer les points chauds de la convection mantellaire [1], des canopées urbaines [2] (et la problématique des îlots de chaleur) ou encore la fatigue thermique de la cuve réceptacle du corium fondu en cas d’accident nucléaire grave.
Il a été récemment montré [3] que la convection turbulente est organisée hiérarchiquement de la paroi vers le coeur du domaine d’étude par les panaches qui se regroupent pour former des motif s à grande échelle par un processus continu de formation et d’agrégation. Cela relance la problématique du transport thermique global, lié à la dynamique locale de panaches thermiques en présence d’un vent fluctuant.

Objectifs

Ce stage a pour but de reprendre la démarche de description hiérarchique des panaches [3], pour des données associées à deux régimes différents de transfert turbulent [4]. Nous disposons d’une base de données numériques 3D de simulations de convection de Rayleigh Bénard, pour une gamme de nombres de Rayleigh. A partir d’analyses statistiques sur des champs instantanés de température, l’objectif est d’identifier comment le changement de comportement global de l’écoulement affecte les caractéristiques du réseau de panaches. Dans un second temps, la méthodologie pourra être appliquée à des données avec paroi rugueuse modélisant la canopée (numériques ou expérimentales).

Encadrement

Le stage sera encadré par Anne Sergent et Julien Salort, en collaboration avec Nathan Carbonneau (LISN – Orsay) et Francesca Chillà (Lab. Physique, ENS-Lyon).

Poursuite en thèse

La poursuite en thèse sera possible : Influence du vent et de l’état de surface sur les transferts de
chaleur

Références

• [1] H. C. Nataf, J. VonDecar, Seismological detection of a mantle plume? Nature 364, 115–120 (1993).
• [2] Jing, Y., Zhong, H. Y., Wang, W. W., He, Y., Zhao, F. Y., & Li, Y. (2021). Quantitative city ventilation evaluation for urban canopy under heat island circulation without geostrophic winds.Building and environment, 196, 107793.
• [3] Shevkar, P. P., Samuel, R. J., Zinchenko, G., Bode, M., Schumacher, J., & Sreenivasan, K. R. (2025). Hierarchical network of thermal plumes and their dynamics in turbulent Rayleigh–B´enard convection. Proc. National Academy of Sciences, 122(32), e2502972122. Lien
• [4] L. Brichet, N. Carbonneau, E. Bernard, R. Braun, L. Mé7thivier, Y. Fraigneau, D.Lucor, F. Chillà, A. Sergent & J. Salort, Universal scaling laws in turbulent Rayleigh-Bénard convection with and without roughness (accepted) . Lien

Conditions

Le stage se déroulera au LISN, sur le campus de Université Paris-Saclay. Vous serez gratifié.e selon les conditions en vigueur et accéderez à la restauration sociale ainsi qu’aux infrastructures sportives du campus.