17 ` eme Congr` es Franc ¸ais de M´ ecanique Troyes, – septembre 2005 ´ Etude num´ erique et exp´ erimentale de la convection naturelle externe autour d’un fil chauffant Shihe Xin , Marie-Christine Duluc , Franc ¸ois Lusseyran & Patrick Le Qu´ er´ e LIMSI-CNRS, BP 133, 91403 Orsay Cedex D´ ept. de Physique, B ˆ at 507, Univ. Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex CNAM, 292 Rue Saint Martin, 75141 Paris Cedex 03 shihe.xin@limsi.fr R´ esum´ e: Cette ´ etude num´ erique et exp´ erimentale a pour but de contribuer ` a la faisabilit´ e des simulations num´ eriques de convection naturelle externe. L’´ ecoulement autour d’un fil chauffant est pris comme exemple et qualifi´ e par des mesures PIV du champ de vitesse. La vitesse mesur´ ee est utilis´ ee pour valider les r´ esultats num´ eriques et une attention particuli` ere de la comparaison porte sur l’influence de la puissance de chauffage sur l’´ ecoulement transitoire consid´ er´ e. Il est notamment montr´ e que les ordres de grandeurs obtenus pr´ ec´ edemment pour la mise en place du mouvement convectif restent valables ` a des temps longs. Abstract : This work aims at contributing to the feasibility of numerical simulation of external natural convection. The pro- blem considered is natural convection around a thin hot wire. Velocity field, measured by PIV, is used to qualify the corresponding flow structure and validate the numerical results. Particular attention is paid to the effects of hea- ting rate on transient external natural convection around a thin wire. Il is shown that scalings obtained previously for the onset of convective motion stand for long time behaviour of the transient. Mots-clefs : Convection naturelle externe ; M´ ethodes spectrales ; D´ ecomposition de domaine ; PIV ; 1 Introduction Bien que la m´ ecanique des fluides num´ erique (MFN) soit devenue incontournable en re- cherche depuis quelques d´ ecennies, son application ` a certains probl` emes physiques simples est au jour d’aujourd’hui encore loin d’ˆ etre triviale. La convection naturelle externe autour d’un ´ el´ ement chauffant est l’un de ces probl` emes et pose de r´ eelles difficult´ es ` a la MFN. En effet la convection naturelle externe se produit dans un milieu semi-infini ou infini ; consid´ erer un do- maine de calcul extrˆ emement grand muni des conditions triviales (vitesse nulle et temp´ erature constante) conduit ` a des coˆ uts de calculs exhorbitants alors qu’un domaine de calcul relative- ment petit souffre d’un manque de connaissances sur les conditions artificielles d´ ecrivant rai- sonnablement l’´ ecoulement ` a la fronti` ere externe du domaine de calcul. C’est l’une des raisons pour lesquelles la convection naturelle externe est encore tr` es peu explor´ ee par la MFN. Afin de contribuer ` a la faisabilit´ e des ´ etudes num´ eriques de la convection naturelle externe, nous avons travaill´ e depuis quelques ann´ ees sur la convection naturelle externe autour d’un fil chauffant ` a l’aide d’outils num´ eriques et exp´ erimentaux. L’´ ecoulement de la convection natu- relle autour d’un fil chauffant est une configuration simple mais repr´ esentative de la convection naturelle externe. ´ Etant donn´ e la petite taille du fil, l’installation exp´ erimentale est peu volu- mineuse et le nombre de Rayleigh correspondant est faible, ce qui laisse pr´ esager un probl` eme