Dissertationen zum Thema „Dynamique d’écoulement“
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Kourtzanidis, Konstantinos. „Modélisation numérique d’actionneurs plasma pour le contrôle d’écoulement“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0040/document.
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Cette thèse porte sur une nouvelle approche pour le contrôle d’écoulement aérodynamique. Cette nouvelleapproche est basée sur l’utilisation d’actionneurs plasma. La modélisation numérique peut être une outilpuissante entre les mains des scientifiques et des ingénieurs pour comprendre, optimiser et ainsi ouvrir lavoie à la commercialisation et l’application de cette technologie. Le couplage entre l’électromagnétisme, leplasma et l’écoulement, nécessite des modèles et des techniques numériques avancées. Le travail présentédans cette thèse, a pour principaux objectifs : le développement et la validation de méthodes numériques poursimuler efficacement le fonctionnement de certains des plus importants types d’actionneurs plasma. Nousnous sommes intéressés à trois types d’actionneurs plasma : les décharges micro-ondes, la décharge à barrièrediélectrique (DBD) et le jet synthétique plasma (JSP).En ce qui concerne les décharges microondes, les objectifs sont plus fondamentaux que pour les autrestypes d’actionneurs. Il s’est agit de mieux comprendre la création du plasma, son évolution et de calculerl’efficacité énergétique de dispositifs microondes par la simulation numérique. Un schéma couplé implicite(ADI) - FDTD avec un modèle de plasma fluide simplifié est présenté. Cette formulation conserve la simplicitéet la robustesse des systèmes de FDTD, tout en dépassant la barrière du critère de stabilité CFL. Elle conduità un temps de calcul réduit et la possibilité de réaliser des simulations tridimensionnelles de la formationdu plasma et de l’évolution d’un plasma dans un champ micro-ondes. Afin d’étudier l’énergie absorbée parle plasma et le transfert vers le gaz sous forme de chaleur ainsi que le changement consécutif de la densitédu gaz, un solveur Euler a été couplé avec le modèle EM-plasma en tenant compte des effets de gaz réel.Diverses validations et applications sont ensuite étudiés. Des simulations tridimensionnelles de formationdu plasma sont réalisée qui montrent la formation de structures dans une décharge micro-ondes librementlocalisée. Les effets de chauffage de gaz sur le développement d’un "streamer" et la durée d’un volumepré-ionisé avec des champs sous-critiques sont également calculés.En ce qui concerne les deux autres groupes d’actionneurs, les objectifs de cette thèse se concentrent sur lamodélisation de leur fonctionnement et sur la production d’écoulement qui en résulte. Le Jet Synthétique Plasma a été numériquement étudié par trois modèles couplés. Les résultats obtenus sont prometteurspour l’optimisation du JSP et une meilleure compréhension des mécanismes qui limitent ses performances.L’actionneur DBD a été modélisée en utilisant deux solveurs différents basés sur des modèles physiquessimilaires - celui développé à l’ONERA et l’autre à LAPLACE. Des études paramétriques ont montré queles modèles donnent une estimation assez précise de la force produite par le DBD par rapport à des mesuresexpérimentales. Des applications aérodynamiques de contrôle d’écoulement ont démontré les effets possiblesde ces actionneurs pour la transition laminaire - turbulente et l’amélioration de la portance. Ces travauxouvrent une perspective nouvelle dans la conception et l’optimisation de ces actionneursAs aerodynamic flow control still remains one of the top subjects of research in the aerospace scientific world, new ways to perform such a control are being constantly studied. Plasma actuators based on momentum or energy addition in the flow, have been proven capable of positively modifying the flow aerodynamic features. Nevertheless, the development and optimization of such actuators, require further understanding of the basic multi-scale physics involved. In this thesis, we are interested in the numerical modeling of plasma flow control actuators. Three types of plasma actuators are considered: Microwave Plasma Discharges (MPD), the Dielectric Barrier Discharge (DBD) and the Plasma Synthetic Jet (PSJ). Concerning MPDs, a novel implicit approach has been developed which with have enabled three-dimensional simulations in time domain in reduced CPU time. The microwave breakdown and evolution of the plasma due to the electromagnetic waves has been studied numerically, demonstrating the three-dimensional nature of such discharges. Coupling of the EM-plasma model with an Euler based solver accounting for real gas effects, have revealed the plasma modification due to the intense gas heating. For the PSJ actuator, the numerical solver consists of three coupled numerical models and the obtained results of its operation offer important information of its performance and its limits. The DBD actuator has been numerically studied using 2 different solvers (based on the same physical model). Both solvers were capable to give quite accurate estimations of the induced force due to the plasma and various parametric studies have been conducted. These studies offer new perspectives in the understanding and the optimization of plasma actuators for flow control purposes
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Joubert, Gilles. „Simulation numérique du contrôle de décrochage dynamique d'un profil en oscillation de tangage“. Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2273/document.
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L'enveloppe de vol des hélicoptères est limitée par le décrochage dynamique, que le contrôle d'écoulement permet de surmonter. Malgré de nombreuses études, aucun dispositif de contrôle ne s'est révélé utilisable sur un rotor. Conçu par l'ONERA, un Vortex Generator déployable (DVG) s'est révélé efficace pour limiter les effets du décrochage dynamique d'un profil OA209 en oscillation de tangage. Mais l'étude de cet actionneur est nécessaire avant son application. Le travail exposé dans le présent mémoire s'attache à reproduire par simulations numériques l'écoulement du décrochage dynamique contrôlé par DVG afin d'identifier les phénomènes physiques en jeu. Après une première partie bibliographique dédiée au contrôle de décrochage dynamique et aux Vortex Generators, une seconde partie a été consacrée à valider et étudier la simulation numérique du contrôle du décrochage statique. L'écoulement induit a pu être ainsi caractérisé par les interactions tourbillonnaires présentes du fait de l'épaisseur du DVG et qui réduisent l'efficacité du contrôle. Cette analyse a permis d'élaborer une modélisation préliminaire du DVG. Dans une troisième partie, la validation et l'étude de la simulation numérique du contrôle du décrochage dynamique a mis en évidence un effet de contrôle similaire au cas statique, et la décomposition en modes propres orthogonaux de l'écoulement contrôlé a montré une altération du mode lié au tourbillon de décrochage dynamique. Ce travail valide la simulation numérique mise en place, laisse entrevoir des perspectives d'amélioration du dispositif de contrôle et permet la simulation numérique ultérieure du contrôle de décrochage dynamique de voilure tournanteThe helicopter flight envelope is limited by dynamic stall, which can be reduced by flow control actuation. Numerous studies are dedicated to the alleviation of dynamic stall, however no actuator has ever been used on real rotor configuration. A new deployable Vortex Generator-type actuator called DVG has been designed by the ONERA and proved its efficiency over pitch-oscillating dynamic stall control of an OA209 airfoil. However, the control effect must be in-depth analyzed before further application. Therefore, the present works aims at reproducing the dynamic stall control through numerical simulations,in order to investigate the physics involved. After a first part dedicated to the literature review of dynamic stall control and Vortex Generators, a second part considered the validation and investigation of the static stall control. DVG-induced secondary flow has been characterized by its vortex interactions, which reduce the control efficiency because of the DVG thickness. This analysis made a preliminary modeling of the DVG possible. In a third part, validation and investigation of the dynamic stall control have been performed, and the actuation showed strong similarities with the static case. Eventually, Proper Orthogonal Decomposition of the flow brought evidence of Dynamic Stall Vortex mode distortion thanks to DVG presence. This work validates the numerical simulation methodology, lets hope possible improvement of the actuator design and allows further numerical simulations of dynamic stall control over real helicopter blades
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Saker, Assia. „Étude critique de quelques techniques expérimentales d’évaluation de la coulabilité des poudres“. Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0314.
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Dans les secteurs industriels tels que l’industrie chimique, pharmaceutique ou agro-alimentaire une faible aptitude à l’écoulement des poudres est souvent à l’origine du mauvais fonctionnement d’un procédé. Une mauvaise coulabilité peut ainsi entrainer le blocage de poudres dans un silo, des problématiques de dosages et de remplissage ou encore une détérioration de la qualité du produit final. Pour assurer un bon fonctionnement du procédé, il est donc nécessaire et essentiel d’évaluer la coulabilité de poudres utilisées. Pour cela, plusieurs techniques expérimentales telles que les dispositifs de mesure d’angle, les cellules de cisaillement, les dispositifs de tassement de poudre peuvent être utilisées. Des indices de coulabilité sont alors définis permettant de classer les poudres selon la qualité de l’écoulement. Des essais expérimentaux ont été menés sur plusieurs types de poudres et les premiers résultats ont montré que le passage d’une technique d’évaluation à une autre peut modifier, voire inverser le classement de la coulabilité des poudres. En effet, selon les techniques étudiées les poudres sont soumises à des sollicitations mécaniques différentes et donc le choix de la technique doit être adapté au cas réel d’étude. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé plus particulièrement au cas de l’évaluation de l’écoulement de poudres à partir de dispositifs de compaction. Le travail réalisé a montré que les paramètres dynamiques (amplitude et fréquence de chocs) influencent énormément le classement de la coulabilité des poudres. A partir d’une approche énergétique, il a été montré qu’une évaluation et quantification de la coulabilité à partir du rapport d’Hausner ne peut être donnée par une technique de compaction que si celle-ci permet d’atteindre une valeur d’énergie nécessaire à l’obtention d’une compaction maximale des particules. Enfin, une étude de mise en œuvre des techniques d’évaluation de la coulabilité a été réalisée dans le domaine de la formulation en s’intéressant à l’évaluation quantitative de l’influence d’un agent d’écoulementIn industrial sectors, such as chemical, pharmaceutical or food industries, poor flowability of powders is often the causes of process malfunction. Poor flowability can lead to the blocking of powders in a silo, dosing and filling problems, or even bad quality on final product. To ensure proper process operation, it is therefore necessary and essential to evaluate the flowability of powders used. For this purpose, several experimental techniques such as angle of repose devices, shear cells or powder packing devices can be used. Flowability indices can then be defined in order to classify the powders according to the flow quality. Experimental tests have been carried out on several types of powders and the first results have shown that the transition from one technique to another can modify or even reverse the classification of the powder flowability. Indeed, according to the techniques studied, powders are subjected to different mechanical stresses and therefore the choice of the technique must be adapted to the real case of study. In this work, we were particularly interested to the evaluation of powders flowability from compaction devices. The work carried out has shown that the dynamic parameters (amplitude and frequency of taps) greatly influence the classification of powders flowability. From an energy approach, it has been shown that the evaluation of the flowability from Hausner ratio can be given by a compaction technique only if it achieves a value of energy required to obtain a maximal compaction of the particles. Finally, an implementation study of flowability evaluation techniques was carried out in the field of formulation by focusing on the quantitative evaluation of the influence of a glidant
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Saker, Assia. „Étude critique de quelques techniques expérimentales d’évaluation de la coulabilité des poudres“. Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0314.
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Dans les secteurs industriels tels que l’industrie chimique, pharmaceutique ou agro-alimentaire une faible aptitude à l’écoulement des poudres est souvent à l’origine du mauvais fonctionnement d’un procédé. Une mauvaise coulabilité peut ainsi entrainer le blocage de poudres dans un silo, des problématiques de dosages et de remplissage ou encore une détérioration de la qualité du produit final. Pour assurer un bon fonctionnement du procédé, il est donc nécessaire et essentiel d’évaluer la coulabilité de poudres utilisées. Pour cela, plusieurs techniques expérimentales telles que les dispositifs de mesure d’angle, les cellules de cisaillement, les dispositifs de tassement de poudre peuvent être utilisées. Des indices de coulabilité sont alors définis permettant de classer les poudres selon la qualité de l’écoulement. Des essais expérimentaux ont été menés sur plusieurs types de poudres et les premiers résultats ont montré que le passage d’une technique d’évaluation à une autre peut modifier, voire inverser le classement de la coulabilité des poudres. En effet, selon les techniques étudiées les poudres sont soumises à des sollicitations mécaniques différentes et donc le choix de la technique doit être adapté au cas réel d’étude. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé plus particulièrement au cas de l’évaluation de l’écoulement de poudres à partir de dispositifs de compaction. Le travail réalisé a montré que les paramètres dynamiques (amplitude et fréquence de chocs) influencent énormément le classement de la coulabilité des poudres. A partir d’une approche énergétique, il a été montré qu’une évaluation et quantification de la coulabilité à partir du rapport d’Hausner ne peut être donnée par une technique de compaction que si celle-ci permet d’atteindre une valeur d’énergie nécessaire à l’obtention d’une compaction maximale des particules. Enfin, une étude de mise en œuvre des techniques d’évaluation de la coulabilité a été réalisée dans le domaine de la formulation en s’intéressant à l’évaluation quantitative de l’influence d’un agent d’écoulementIn industrial sectors, such as chemical, pharmaceutical or food industries, poor flowability of powders is often the causes of process malfunction. Poor flowability can lead to the blocking of powders in a silo, dosing and filling problems, or even bad quality on final product. To ensure proper process operation, it is therefore necessary and essential to evaluate the flowability of powders used. For this purpose, several experimental techniques such as angle of repose devices, shear cells or powder packing devices can be used. Flowability indices can then be defined in order to classify the powders according to the flow quality. Experimental tests have been carried out on several types of powders and the first results have shown that the transition from one technique to another can modify or even reverse the classification of the powder flowability. Indeed, according to the techniques studied, powders are subjected to different mechanical stresses and therefore the choice of the technique must be adapted to the real case of study. In this work, we were particularly interested to the evaluation of powders flowability from compaction devices. The work carried out has shown that the dynamic parameters (amplitude and frequency of taps) greatly influence the classification of powders flowability. From an energy approach, it has been shown that the evaluation of the flowability from Hausner ratio can be given by a compaction technique only if it achieves a value of energy required to obtain a maximal compaction of the particles. Finally, an implementation study of flowability evaluation techniques was carried out in the field of formulation by focusing on the quantitative evaluation of the influence of a glidant
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Szmigiel, Mathieu. „Etude du flux de soubassement sur la dynamique du sillage d'un corps non profilé à culot droit : Application du contrôle actif pour la réduction de traînée de véhicule industriel“. Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC016/document.
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Cette thèse CIFRE est le fruit d’une collaboration entre Renault Trucks et le LMFA dans la perspective d’une évaluation de la pertinence du contrôle actif pour la réduction de traînée de véhicule industriel. Les deux principaux objectifs de ces travaux expérimentaux consistent à l’analyse de l’influence de l’écoulement de soubassement sur la dynamique du sillage et l’étude d’une stratégie de contrôle d’écoulement combinant des volets déflecteurs (positionnés sur les bords supérieurs et latéraux du culot) à des actionneurs de type jets pulsés dans l’optique d’une réduction de la traînée aérodynamique d’un corps non profilé à culot droit. Le développement du sillage pour différentes vitesses de soubassement évoluant de 10% à plus de 80% de la vitesse de l’écoulement infini amont est étudié sur une maquette simplifiée de véhicule poids lourd à l’échelle 1/43e. Des mesures de pression au culot permettent d’identifier quatre classes d’écoulement associées à des structures de sillage différentes mises en évidence par des mesures PIV 2D-3C. Le sillage de la première classe d’écoulement obtenu pour les très faibles vitesses de soubassement ressemble au sillage derrière une marche 3D. Pour des vitesses de soubassement plus élevées, l’écoulement de soubassement décolle au niveau du sol et impacte soit le culot ou soit la couche de cisaillement supérieure favorisant le développement des instabilités de type Kelvin-Helmoltz dans ce dernier cas. Enfin, la dernière classe est caractérisée par un sillage comparable à celui d’un corps d’Ahmed. L’ajout de volets déflecteurs à l’arrière du culot engendre une augmentation de la pression au culot pour l’ensemble des classes d’écoulement. Cette augmentation réside principalement dans l’effet de vectorisation de l’écoulement. Un système de contrôle actif est intégré sur une maquette 1/8e géométriquement identique à celle à l’échelle 1/43e et équipée de volets déflecteurs. Deux angles de volet supérieur sont testés afin d’obtenir en moyenne (i) un écoulement naturel attaché à la paroi du volet et (ii) un écoulement naturel détaché du volet. Par rapport au cas sans contrôle actif, des gains sur la traînée sont obtenus pour une certaine gamme de fréquence d’actionnement uniquement dans le cas (ii). Ces gains sont obtenus suite au recollement de l’écoulement sur le volet. Enfin, la robustesse des gains sur la pression au culot est testée avec succès en mettant la maquette en dérapage pour simuler un vent de traversThis PhD thesis was realized in the scope of a collaboration with Renault Trucks and the LMFA in view of an evaluation of the relevance of active flow control for the drag reduction industrial vehicle. The two main objectives of this experimental work are to analyze the impact of the underbody flow on the wake dynamics and to study a flow control strategy combining inclined flaps (located on the upper and lateral edges of the rear base) with pulsed jet actuators for reducing the aerodynamic drag of a square-back bluff body. The wake development for several underbody velocities ranging from 10% to more than 80% of the free-stream velocity is studied on a simplified truck model at scale 1 :43. Rear base pressure measurements lead to the identification of four flow classes associated with different wake structures highlighted by 2D-3C PIV measurements. The wake of the first flow class obtained for very low underbody velocities looks like that of the wake of a 3D backward facing step. For higher underbody velocities, the underbody flow is separated from the ground impaging either the rear base or the upper shear layer triggering Kelvin-Helmoltz instabilities for this last case. Finally, the fourth class is characterized by a wake comparable to that of the Ahmed body. The implementation of inclined flaps at the rear base increases the base pressure for all classes. This increase is mainly due to the vectoring effect of the flow. An active control system is integrated to a 1 :8 scale model geometrically identical to that of the 1 :43 scale model with flaps. Two upper flap angles are tested to have (i) a natural flow attached to the flap and (ii) a natural flow detached from the flap. In comparison to the case without active flow control, drag reductions are obtained only for a specific range of actuation frequencies only in case (ii). These gains are associated with the reattachment of the flow on the flap. Finally, the robustness of the pressure gains is successfully tested in crosswind conditions
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Laurendeau, François. „Analyse expérimentale et modélisation numérique d’un actionneur plasma de type jet synthétique“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0023/document.
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De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de réduire les émissions polluantesdes aéronefs. Le contrôle actif des écoulements aérodynamiques est une piste envisagéepour répondre à ces enjeux. Parmi les technologies de contrôle en développement, lestechnologies plasma offrent plusieurs avantages, dont la compacité, la simplicité de mise enoeuvre et la réactivité. Ce travail de thèse a été consacré à l’étude d’un actionneur plasmade type jet synthétique. Il se présente sous la forme d’une petite cavité insérée en paroiet reliée à l’extérieur par une tuyère. Un arc électrique est généré dans la cavité, ce quientraîne une augmentation de la pression de l’air dans celle-ci. Par conséquent, un jet estproduit à la sortie de la tuyère, et celui-ci peut interagir avec l’écoulement extérieur. A lasuite de cette phase d’éjection, de l’air extérieur est naturellement aspiré par la cavité, cequi permet au processus d’être répété à des fréquences pouvant atteindre plusieurs kilohertz.L’objectif de ce travail de thèse est de construire un modèle numérique capable dereproduire ces phénomènes physiques. Pour cela, un calcul aérodynamique de type LargeEddy Simulation est mis en oeuvre. L’action du plasma d’arc est prise en compte au traversde termes sources dans l’équation de l’énergie. Ces derniers sont notamment calculés grâceà l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local dans le plasma. De plus, l’augmentationde la température dans la partie solide de l’actionneur est simulée lorsque celui-ci est opéréà haute-fréquence. Les résultats du modèle numérique sont comparés à des mesures de vitesseeffectuées lorsque l’actionneur fonctionne dans un environnement extérieur au reposet lorsque celui-ci interagit avec une couche limiteNowadays, many studies are conducted in order to decrease greenhouse gases and noiseemissions from aircrafts. Active aerodynamic flow control is a way considered to meet thesechallenges. Among developed technologies of control, plasma actuators offer several advantages,including compactness, easy implementation and fast response. This thesis is devotedto the study of a plasma synthetic jet actuator which comes in the form of a small cavityinserted in wall and connected to the environment through a nozzle. An electrical arc isgenerated in the cavity, resulting in an increase of the cavity air pressure. Consequently,a jet is produced at the nozzle exhaust that can interact with the external flow. After thisejection phase, an aspiration phase naturally occurs, allowing the process to be repeatedat a frequency that can reach several kilohertz. This thesis aims at building a numericalmodel able to reproduce these physical phenomena. To do so, a Large Eddy Simulationis performed. The action of the plasma arc is taken into account through source terms inthe energy equation. In particular, these source terms are calculated using the assumptionof local thermodynamic equilibrium in the plasma. In addition, the heating of the actuatormaterials is simulated when it is operated at high frequency. The results from the numericalmodel are compared with velocity measurements, carried out when the actuator works ina quiescent environment and when it interacts with a boundary layer
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Orgogozo, Laurent. „Transport de soluté biologiquement actif en milieu poreux incluant une phase biofilm : de la modélisation numérique aux perspectives expérimentales“. Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL091N/document.
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Modéliser les phénomènes de transport de solutés organiques en milieux poreux colonisés par des populations bactériennes se développant sous forme de biofilms est un domaine de recherche important pour un certain nombre d’applications environnementales, comme par exemple pour les méthodes de bioremédiation des sols et des eaux contaminés par des polluants organiques (biosparging, bio-barrières …). Les biofilms, qui sont composés principalement de bactéries et de substances polymériques extracellulaires, peuvent se développer sur les parois de grains d’un milieu poreux. Le métabolisme bactérien dégrade les solutés organiques et contribue ainsi à la diminution de la contamination. Le transport bio-réactif de composés organiques dans un milieu poreux incluant un biofilm est un problème fortement multi-échelle (depuis l’échelle de la bactérie jusqu’à l’échelle de l’aquifère) et fortement couplé (avec des phénomènes hydrodynamiques, physico-chimiques et biochimiques). Le soluté organique est transporté par convection et diffusion dans la phase fluide et diffuse dans la phase biofilm, où il est dégradé par le métabolisme bactérien. Le but de ce travail est de développer des modèles de transport bio-réactif définis à l’échelle de Darcy à partir des données disponibles à l’échelle du pore, en adoptant la méthode de changement d’échelle dite de prise de moyenne volumique. Dans le cas général, une telle approche conduit à un modèle macroscopique de transport à deux équations couplées (une équation par phase de transport). En considérant les relations entre les concentrations moyennées dans chaque phase, plusieurs régimes de transport permettant de dégénérer ce modèle en modèle à une seule équation peuvent être identifiés. L’hypothèse d’équilibre de masse local conduit à un tel modèle simplifié. En condition de non-équilibre, deux cas limites permettent également de développer des modèles de transport à une équation : le cas où le taux de biodégradation est contrôlé par le transfert de masse externe et le cas ou il est contrôlé par la cinétique de réaction. L’utilisation de ces quatre modèles implique la résolution numérique de problèmes de fermeture, afin d’évaluer les paramètres macroscopiques de transports (tenseur de dispersion, taux de dégradation …). Des calculs de coefficients effectifs ont été effectués dans différentes conditions de transport afin d’étudier leur comportement. Les résultats de ces modèles ont été comparés avec ceux obtenus par simulations directe à l’échelle microscopique pour une géométrie de pore bidimensionnelle stratifiée. À partir de ces comparaisons, les domaines de validité de chaque modèle ont été identifiés en termes de conditions hydrodynamique et biochimique de transport. (i.e. le nombre de Péclet et le nombre de Damköhler). Le développement d’un modèle expérimental de transport en milieux poreux incluant un biofilm a également été entamé, afin d’une part d’effectuer une validation expérimentale des modèles numériques préalablement développés et d’autre part de fournir un outil supplémentaire pour l’étude des phénomènes considérésModeling transport in porous media of organic chemical solute in presence of a bacterial population growing as biofilms is an important area of research for environmental applications, for example for remediation of groundwater contaminated by organic pollutants (biosparging, bio-barriers …). Biofilms, which are composed of bacteria and extracellular organic substances, grow on the pore walls of the porous medium. Bacteria degrade the organic solute by their metabolism and thus may contribute to pollution decrease. Bio-reactive transport of an organic solute in a porous medium including a biofilm phase is a strongly multi-scale (from the bacteria scale to the heterogeneity scale of the aquifer) and coupled (involving hydrodynamic, physicochemical and biochemical phenomena) process. The organic solute is transported by convection and diffusion in the fluid phase and diffuses into the biofilm phase, where it is degraded by bacterial metabolism. The goal of this work is to develop macroscopic models of bio-reactive transport at the Darcy-scale through volume averaging based on the data available at pore-scale. In the general case, the macroscopic system obtained by averaging pore-scale equations is a two coupled equations system (one equation for each phase), called two-equation model. By considering the relation between averaged concentration in the fluid phase and averaged concentration in the biofilm phase, several regimes of transport can be found which allow simplifying this system into a one equation system. The local mass equilibrium assumption leads to such a simplified model. When an equilibrium relationship between phases cannot be considered, a one equation model may though be developed if the biodegration rate is limited by external mass transfer or by the kinetics of bacterial metabolism. The use of these models implies the numerical solving of closure problems, in order to set up the values of the macroscopic transport parameters (dispersion tensor, interfacial flux …). Computations of these effective coefficients have been performed in different situations of mass transport in porous medium in order to study their behaviour. The results of these models have then been compared with direct simulations performed on a simplified geometry representative of a two-dimensional porous medium including a biofilm phase. Based on these comparisons, the validity domain of this model has been identified in terms of hydrodynamic and biochemical conditions of transport (i.e. the Péclet number and the Damköhler number). The set up of an experimental model of transport in a porous media including a biofilm phase has also been started, in order to make experimental validations of the previously developed numerical models and to build up an additional tool to study the considered phenomena
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Szulga, Natacha. „Étude expérimentale et numérique du contrôle de transition de couche limite par actionneurs à plasma froid surfacique“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0032/document.
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La transition laminaire-turbulent au sein de la couche limite qui se développesur les parois des aéronefs augmente fortement la traînée de frottement. Ainsi, afin derépondre à une problématique à la fois environnementale et économique, une piste envisagéepour réduire la consommation en carburant des aéronefs du futur est de diminuerla trainée en reculant cette transition le plus en aval possible. Dans ce cadre, l’objectifde cette thèse est de caractériser expérimentalement et numériquement l’effet d’actionneursà plasma de type Décharge à Barrière Diélectrique sur la transition. Alimentés parune haute tension alternative, ces actionneurs actifs produisent une force volumique pulséequi permet, sous certaines conditions, de modifier les profils de vitesse moyenne dansla couche limite et de reculer la transition. Sous d’autres conditions, le caractère instationnairede cette force volumique peut entrainer une amplification des instabilités modalesnaturellement présentes dans la couche limite (ondes de Tollmien-Schlichting) et ainsiconduire à une transition prématurée. Une première expérience a permis de mettre enévidence cette compétition entre l’effet moyen stabilisant et l’effet instationnaire déstabilisanten mesurant respectivement un recul et une avancée de la transition. Parallèlementà ces activités expérimentales, une étude numérique, basée sur des analyses destabilité linéaire, a montré que l’effet moyen de la force volumique permettait d’atténuerune large gamme de fréquences d’ondes TS dans la couche limite et d’expliquer le reculde transition observé expérimentalement. En se concentrant sur l’effet moyen, une secondeexpérience a permis d’étudier l’influence de la position de l’actionneur ainsi quel’effet cumulatif de plusieurs actionneurs sur le recul de transitionThe boundary layer transition from a laminar to a turbulent state increases thewall friction drag. Particularly on future aircrafts, one way of reducing fuel consumption,and answering both an environmental and economic issue, consists in delaying the transitionfarther downstream. In this context, the aim of this work is to characterize the impactof Dielectric Barrier discharge (DBD) plasma actuators on the boundary layer transition.When powered with an alternative high voltage, these active actuators produce apulsed body force which is tangential to the wall and, under some conditions, enablesto modify the boundary layer mean velocity profiles to delay the transition. Under otherconditions, the unsteady body force amplifies modal instabilities (Tollmien-Schlichtingwaves) may destabilize the boundary layers, leading to a promoted transition. A first experimentenabled to highlight this competition between the stabilizing mean effect andthe destabilizing unsteady effect by measuring respectively a transition delay and a transitionpromotion. A numerical study based on local stability analyses wass conducted inparallel and showed that a wide frequency range of TS waves is damped by the mean bodyforce, which explains the transition delay. A second experiment, focusing on the mean effect,enabled to show the influence of the actuator position and the cumulative effect ofseveral actuators on the transition delay
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Hardy, Pierrick. „Etude et qualification aérothermodynamique et électrique d'un actionneur plasma de type jet“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2012. http://www.theses.fr/2012ESAE0014/document.
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L’amélioration des performances aérodynamiques et environnementales est un enjeu majeur dans le domaine des transports terrestres et aériens. Pour pouvoir répondre à ses exigences, une des solutions est de contrôler les écoulements. Pour cela, des actionneurs performants sont nécessaires. Une technique innovante, le jet synthétique par plasma (JSP), consiste à appliquer une décharge haute tension dans une micro cavité. Un plasma est ainsi créé dans la chambre augmentant en quelques microsecondes la température et la pression du gaz générant un micro-jet par l’orifice de l’actionneur. Le but de la thèse est de développer cet actionneur, d’en comprendre son fonctionnement et de le mettre en oeuvre pour contrôler le bruit d’un jet subsonique à grand nombre de Mach.La première partie de l’étude s’applique à définir les besoins pour le contrôle d’écoulement et de réaliser un prototype d’actionneur. Il est ensuite caractérisé expérimentalement par des mesures de la décharge électrique et de l’aérodynamique du micro-jet. En s’inspirant du modèle de Braginskii, un modèle simple de la décharge électrique est réalisé et appliqué au JSP. Le rendement de l’actionneur en est déduit. Le modèle de Braginskii modifié est ensuite couplé à une modélisation URANS ce qui permet de simuler le fonctionnement en fréquence de l’actionneur. Ces résultats sont ensuite comparés avec les mesures de l’aérodynamique du micro-jet et montrent un excellent accord.L’actionneur est ensuite mis en application pour contrôler le bruit de jet. En premier lieu, des visualisations par strioscopie de l’interaction des micro-jets avec le jet principal sont effectuées. Des mesures acoustiques sont ensuite réalisées etmettent en évidence que les JSP sont de bons candidats pour contrôler le bruit de jetImprovement of aerodynamics and environmental performances is a major issue for terrestrial and aeronautical industry.For fulfilling increasing demand, one of the answers is flow control. To achieve flow control, high performance actuators are needed. An innovative technique called Plasma Synthetic Jet actuator consists on applying an electrical discharge in asmall cavity. Plasma is created and increases gas temperature and pressure which results on the creation of a micro-jet through cavity opening.The PhD objectives are to develop the PSJ actuator, to describe actuator mechanisms and to apply it for controlling noise of a high subsonic jet. The first part of the study consists on defining flow control needs and on developing a PSJ actuator prototype. Then,actuator performances are characterised using electrical measurements of the discharge and using aerodynamic measurements. These measurements show that an electrical model of the discharge is needed. Based on the Braginskii model, a simple model is carried out and is applied to the actuator. Efficiency of the PSJ is deduced.The modified Braginskii model is then coupled with an URANS model to achieve frequency modelling of the actuator. Results match aerodynamics measurements .PSJ actuators are applied for controlling jet noise in a second part of the study. Schlieren visualisations are used to show micro-jet interaction with the main jet. Acoustic measurements are then performed and show that the PSJ is a goodactuator to control high subsonic jet noise
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Ott, Célestin. „Caractérisation dynamique d'actionneurs fluidiques, et identification expérimentale des mécanismes dynamiques d'interaction jet - couche limite induits“. Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2020. http://www.theses.fr/2020UPHF0001.
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Le contrôle actif des écoulements est un domaine de recherche à fort potentiel applicatif. Notamment dans le domaine des transports où les problématiques ayant trait à l’amélioration des performances et à la diminution de la consommation énergétique représentent des enjeux économiques et environnementaux majeurs. Dans ce contexte, l’un des objectifs consiste à optimiser les solutions de contrôle afin d’assurer un bilan énergétique global favorable. Nous proposons dans le cadre de cette thèse de s’attaquer à la question du choix des actionneurs fluidiques (classiquement fait par essai-erreur) en affinant la compréhension de la dynamique d’interaction entre l’actionneur et l’écoulement à contrôler. Pour ce faire nous avons analysé la dynamique d’interaction entre une couche limite turbulente et quatre types d’actionneurs les plus utilisés en contrôle d’écoulements : continu, pulsé, synthétique et balayant. Ainsi, sur la base de mesures de vitesse locale résolue en temps, une méthodologie de reconstruction tridimensionnelle est développée, permettant de restituer la dynamique des écoulements. Celle-ci est basée sur deux approches, l’une faisant intervenir un traitement conditionnel et l’autre un réseau de neurones. Ces méthodes permettent de caractériser la dynamique intrinsèque des écoulements induits par les actionneurs, mais également celle de leurs interactions avec l’écoulement de couche limite à contrôler. Ces caractérisations permettent de mettre en évidence les phénomènes physiques mis en jeu ainsi que les mécanismes de contrôle qui leur sont associés. Ces résultats pourront être utilisés dans de futures études de contrôle d’écoulements afin d’optimiser le choix d’un actionneur fluidique en fonction de la configuration et de l’objectif de contrôleActive flow control research field has high application potential, particularly in the transportation industry, where improving performance while reducing energy consumption represents major economic and environmental challenges. In this context, one of the objectives is to optimize control solutions to ensure a favorable global energy balance. In this thesis, we propose to tackle the question of the actuator choice (conventionally done by trial-and-error) by sharpening the understanding of the dynamic interaction between the actuator and the external flow. To do this, we analyzed the dynamic interaction between a turbulent boundary layer and four types of actuators commonly used in flow control : continuous, pulsed, synthetic and sweeping jet actuators. Thus, a three-dimensional reconstruction methodology based on local time-resolved velocity measurements is developed, which enabled to restore the flow dynamics. This methodology is based on two approaches : one, involving conditional processing, and the other, involving neural networks. These methods enabled the characterization of the intrinsic dynamic of the flow induced by the actuators, as well as the dynamic of their interactions with a turbulent boundary layer. Thanks to these characterizations, the physical phenomena involved were highlighted, as well as the control mechanisms associated with them. These results can be used in future flow control studies to optimize the choice of fluid actuators, based on the configuration and the control objective
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Darmet, Natacha. „Prise en compte du risque de propagation de l'emballement thermique dans le développement des modules de batteries. Approche expérimentale tenant compte de la génération de gaz“. Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI024.
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Dans le cadre de la transition énergétique, les batteries au lithium-ion prennent une place prépondérante, notamment dans l’optique du stockage et du transport. L’analyse des modes de défaillance montre que même si la probabilité reste faible, l’auto-emballement d’une batterie présente des conséquences à maitriser. Il est donc indispensable d’étudier les phénomènes menant à la propagation de l’emballement d’une cellule aux cellules voisines. Ainsi, cette thèse propose une évaluation fine des paramètres moteurs de la propagation de l’ dans un module de batteries. L’état actuel de l’état de l’art propose différentes approches basées sur une pluralité de méthodes de caractérisation. Cependant, certains mécanismes restent encore à approfondir via des mesures particulières à chaque étape de l’évènement.Tout d’abord, lors d’incidents, la matière présente dans la cellule réagit en produisant du gaz, sollicitant ainsi mécaniquement les parois de la cellule. Un dispositif expérimental de mesure de pression interne de la cellule a ainsi été développé, permettant un suivi operando de cette génération de gaz. Le couplage de cette mesure aux déformations des parois a confirmé par ailleurs l’impact non négligeable des phénomènes de gonflement des électrodes sur la tenue mécanique du godet.A partir d’une température critique, l’emballement thermique de la cellule lithium-ion se déclenche, suivi de l’éjection de matière (gaz, flamme, particules) à haute température. La dynamique de ce jet a été analysée, de sa genèse, dans la cellule, à son éjection par l’utilisation de capteurs de pression et caméras rapides à différents spectres.Des transferts thermiques s’opèrent ensuite entre les éjectas et les cellules proches, pouvant provoquer la propagation de l’emballement thermique. Afin de prévoir ces échanges thermiques, l’énergie libérée par la 1ere cellule a été caractérisée par calorimétrie selon différentes configurations. Puis, à partir de la connaissance de ce paramètre clef et de la dynamique d’éjection, un calcul de flux thermique émis a alors été proposé. Par ailleurs, l’observation aux rayons X de la matière active pendant l’évènement a mis en évidence le lien direct entre la cinétique de dégradation et la génération de gaz, tout en soulevant l’importance des particules de la cellule gâchette dans l’étude thermique des risques de propagation.Enfin, la propagation de l’emballement thermique entre cellules tout solide reconstituées a été évaluée expérimentalement, pour la première fois. Ces travaux ont démontré que la propagation est possible sur ces nouvelles technologies de batterie et que cette étude doit être approfondieLithium-ion batteries are playing a prominent role in the energy transition, particularly in terms of storage and transportation. The analysis of failure modes reveals that despite of a low probability, the battery self heating has consequences that requires mitigation. Studying the phenomena that lead to the propagation from a cell’s thermal runaway to neighboring cells is essential. The key parameters involved in the thermal runaway propagation for a battery module are evaluated in details in this thesis. Different approaches based on a plurality of characterization methods are proposed. Still, some mechanisms need further developments through specific measures at each stage of the phenomenon.When incidents occur, the cell’s materials react by producing gas, which mechanically affects the cell casing. An experimental device has been developed to measure the internal pressure of the cell, allowing an operando monitoring of this gas generation. The correlation of this measurement with the casing deformations also confirms the significant impact of electrode swelling on the casing’s mechanical strength.At a critical temperature, the lithium-ion cell initiates thermal runaway, which leads to the ejection of materials (gas, flame, particles) at high temperature. Pressure sensors and fast cameras at different spectra were used to analyze the jet dynamics, from its genesis in the cell to its ejection.Heat transfers then occur between the ejecta and surrounding cells, which can results in a thermal runaway propagation. Calorimetry was used to characterize the first cell in order to predict its thermal exchanges in different configurations. Then, based on the knowledge of this energy release and the jet dynamics, a calculation of the emitted heat flow is proposed. The X-rays observations of the active material during the thermal runaway propagation revealed that degradation kinetics and gas generation are linked. It also stresses the importance of trigger cell particles in the thermal propagation risks.Lastly, the thermal runaway propagation between rebuilt charged all-solid-states batteries cells were evaluated experimentally, for the first time. This research has demonstrated that the propagation is feasible with these new battery technologies. The study must be conducted further
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Srinath, Sricharan. „Prédiction et modélisation d’écoulements turbulents proche de paroi“. Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0029.
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Le but de ce travail est d'étudier une couche limite soumise à un gradient de pression et de la comparer avec une couche limite de plaque plane à grands nombres de Reynolds. Dans ce cadre, l’accent est mis sur le comportement des structures cohérentes à grande échelle. En raison de leur grande longueur, ces structures ne sont pas faciles à extraire et à caractériser en utilisant des techniques de mesure standard. Pour cette raison, des dispositifs expérimentaux spécifiques utilisant la PIV dans les plans longitudinaux et parallèles à la paroi ont été conçus pour capturer les structures à grande échelle et pour mieux comprendre les mécanismes régissant la dynamique de ces écoulements. La première partie revisite les résultats obtenus sur une couche limite plaque plane en sondant l'origine d'une décroissance spectrale en dans la couche limite turbulente. Dans cette perspective, un modèle simpliste basé sur le modèle de Townsend-Perry est proposé. Ce modèle peut, en principe, être appliqué à n'importe quel écoulement turbulent de paroi. La deuxième partie se concentre sur l'amélioration de la compréhension de la turbulence en gradient de pression adverse en effectuant une caractérisation complète d’un écoulement académique au dessus d’une géométrie. L’accent est mis sur les caractéristiques des structures (longueur, scaling, contribution énergétique et distribution selon la normale à la paroi) ainsi que sur l'influence du gradient de pression adverse sur les structures des grandes échelles. L'analyse permet de comparer le comportement d'une couche limite en présence de gradient de pression adverse avec le cas d’une plaque plane à grands nombres de ReynoldsThe aim of the present work is to study a boundary layer subjected to a pressure gradient and to compare it with a zero pressure gradient (ZPG) boundary layer at high Reynolds numbers. Within this framework, focus is laid on the behaviour of large-scale coherent structures. Due to their large streamwise extent, these structures are not easy to extract and characterize using standard measurement techniques. For this reason, specific experimental set-ups using PIV in the streamwise/wall-normal planes was designed to capture the large-scale structures and to gain more insight into the mechanisms governing the dynamics of these flows. The achievements of the present investigation can be divided into two parts. The first part revisits the results obtained on a ZPG turbulent boundary layer by probing the origin of a spectral range in a turbulent boundary layer. To this end, a simple model which can in principle be applied to various wall-bounded turbulent flows is proposed from a new perspective based on the work of Townsend-Perry. The second part focuses on improving the understanding of turbulence under an adverse pressure gradient (APG) by performing a complete flow characterisation of an academic test case on a large scale geometry. Emphasis is laid on the characteristics of the structures (length, scaling, energetic contribution and their wall normal distribution) along with the influence of the APG on the large-scale structures. The analysis is also extended to compare the behaviour of APG with the ZPG case at high Reynolds numbers
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Tchekiken, Chahinez. „Modélisation et simulations numériques d’écoulements compressibles dans des micro-conduites planes“. Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1109/document.
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En raison du développement croissant des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), l'étude des écoulements de liquide ou de gaz et des transferts thermiques dans des conduites, chauffées ou non, dont le diamètre hydraulique est de l'ordre de quelques microns, a suscité un nombre considérable de travaux au cours des vingt dernières années. À cette échelle, le nombre de Knudsen peut être important (Kn>0,01), ce qui donne naissance à des phénomènes de glissement, de saut de température et de pompage thermique qui s'ajoutent aux effets de compressibilité, telles que la puissance due aux forces de pression et à la puissance des contraintes visqueuses et aux variations des propriétés du fluide avec la température. Dans les modélisations de la littérature, ces phénomènes sont rarement pris en compte simultanément et sont souvent partiellement négligés, sans justification. Notre démarche consiste à proposer une modélisation des micro-écoulements gazeux se rapprochant au mieux de la réalité en prenant en compte tous les phénomènes et à étudier les effets de chacun d'entre eux. L'étude est, en premier lieu, menée en utilisant un code commercial, résolvant les équations de conservation par la méthode des volumes finis et adapté par le biais de sous-programmes développés au cours de cette thèse. Des validations ont été effectuées pour des problèmes allant des plus simples (incompressibles, non glissants) aux plus complexes (compressibles, glissants). Cette étude a permis de mettre en évidence les problèmes liés à la modélisation quand les nombres de Péclet des écoulements sont inférieurs à l'unité (Pe < 1). Dans ce cas, les effets de diffusion inverse sont dominants et l'utilisation d'extensions à l'amont de la conduite devient incontournable. Les effets de compressibilité qui se traduisent par des détentes du gaz près de la sortie de la conduite (accélération + refroidissement) ont été analysés. Enfin, des comparaisons ont été effectuées avec des solutions analytiques d'écoulements compressibles et glissants, supposés isothermes en imposant de faibles variations de pression. Nous avons pu montrer que ces solutions restent valables, même lorsque les variations de pression sont importantes parce que les détentes ne sont localisées que près de la sortie de la conduite et n'influencent donc pas les propriétés globales de l'écoulement. La suite du travail a été réalisée à l'aide d'un code de calcul développé au laboratoire et validé pour les écoulements à grandes échelles. Des conditions aux limites de glissement ont été introduites afin de l'adapter à la problématique de ce travail de thèse. Compte-tenu de ses performances (précision et rapidité des calculs en particulier), ce code a permis de réaliser une étude paramétrique sur une large gamme de pressions d'entrée et de sortie, de telle sorte à balayer tous les types d'écoulements : de peu à très compressibles et de peu à très glissants. Les résultats sont d'abord présentés pour des écoulements quasi-isothermes puis comparés aux solutions analytiques afin de tester ces dernières sur une plus large gamme de pression. Enfin, de nouveaux résultats ont été obtenus pour des écoulements chauffés. Des corrélations, en fonction des paramètres adimensionnels caractéristiques de ces écoulements, ont été obtenues pour les modèles complets à l'aide d'un logiciel de statistiques et de plans d'expériences. Des comparaisons à des modèles simplifiés ont été effectuées pour évaluer les erreurs commises lorsque certains termes sont négligésThese phenomena are rarely taken into account all at once, at least one of them is neglected and often without justification. Our approach is to get as close as possible to reality by taking into account all the phenomena that appear at once and then to study the effect of the phenomena most often overlooked. First, the study is conducted using a commercial code for solving the conservation equations by the finite volume method. Validations were performed for problems ranging from the simplest (incompressible, non-slip flow) to the more complex (compressible, slip flow). This study highlighted the problems associated with simulations when the flows Peclet numbers are less than unity (Pe <1). In this case, the inverse diffusion effects are dominant and the use of extensions at the upstream becomes unavoidable. In addition, compressibility effects were identified; they have resulted in expansions of the gas near the exit of the pipe (acceleration + cooling). Finally, comparisons were made with analytical solutions of compressible slip flows assumed isothermal by imposing small variations of pressure. We showed that these solutions remain valid even if the pressure variations are important because the detents are located only near the exit of the pipe. In this case, they do not affect the properties of the flow. Further works were carried out using an in-house computer code, previously developed and validated in the laboratory for flows with large scales and for which slipping limits conditions have been added so that it can properly resolve slip flows. In view of its accuracy and performances in terms of CPU-time, the code allowed us to achieve a parametric study on a wide range of input and output pressures, so as to sweep all runoff from few to very compressible and few to very slip flow. The results were first presented for quasi-isothermal flow, which subsequently were compared to analytical solutions to test these ones on a wider range of pressure. Finally, the results were made for heated flows. Correlations have been obtained for a complete model using a statistical based software and design of experiments. Comparisons to simplified models were performed to assess the inaccuracies linked to the omission of terms often overlooked in the literature
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Mendes, Rafael. „Comportement rhéologique et modélisation des bruts paraffiniques en écoulement instationnaire“. Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1062/document.
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Le transport des bruts paraffiniques, et tout particulièrement leur remise en écoulement après un arrêt, dans de longues conduites sous-marines soumises à de basses températures, peut être difficile du fait de l'augmentation de leur viscosité. Le comportement rhéologique d´une huile paraffinique modèle, possédant des propriétés macroscopiques d'écoulement analogues à celles des bruts paraffiniques, est d'abord analysé en utilisant la vélocimétrie par imagerie par résonance magnétique associée à des mesures de contrainte de cisaillement au sein d'une géométrie Couette. Nous montrons que lors d'un écoulement forcé à température constante le matériau subit une déstructuration irréversible qui dépend de l'intensité du cisaillement. Ainsi la contrainte apparente critique permettant l'écoulement du matériau dépend de l'histoire thermique et d'écoulement subie par le matériau. Nous étudions ensuite le comportement rhéologique complet de deux bruts réels à partir de différents types de tests rhéométriques (fluages, redémarrage, régime permanent, changement brusque de vitesse) pour différentes histoires d'écoulement, notamment pendant la période de refroidissement. Le comportement détaillé du matériau en régime transitoire ainsi observé peut alors être modélisé. De plus les variations du seuil de contrainte en fonction de l'histoire thermique et de l'écoulement sont aussi décrites, ce qui nous donne le champ de contrainte seuil dans la conduite à l'état initial. Le modèle dans son ensemble est finalement implémenté dans un code de calcul pour simuler le redémarrage de l´écoulement d'un brut paraffinique dans une conduite réelleTransporting waxy crude oils through long pipelines at low temperatures may be challenging, particularly its flow restart after a pipeline shut-in, due to its viscosity increase. The rheological behavior of a model waxy oil with macroscopic flow properties analogous to waxy crude oils is first analyzed using Magnetic Resonance Imaging velocimetry associated to stress measurements in a Couette geometry. While flowing at constant temperature, major irreversible structure break depending on shear intensity are observed. Thus, the critical apparent shear stress beyond which the material flows depends on the thermal and flow histories of the oil. Next, the rheological behavior of two waxy crude oils is studied using rheometrical tests (creep tests, flow restarts, abrupt changes of shear rate and steady flow) after different flow histories, notably during the cooling process. Then, those experimentally observed trends are modeled. Additionally, a comprehensive study of the yield stress in function of flow and temperature histories is presented. It provides an approach for describing the yield stress field inside the pipeline at the flow restart moment. Finally, the entire rheological model is implemented in the computational code for simulating waxy crude oils flow restart of a real scale pipeline
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Benjelloun, Saad. „Quelques problèmes d’écoulements multi-fluide : analyse mathématique, modélisation numérique et simulation“. Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2012. http://www.theses.fr/2012DENS0074/document.
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La présente thèse comporte trois parties indépendantes.La première partie présente une preuve d'existence de solutions faibles globales pour un modèle de sprays de type Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec densité variable. Ce modèle est obtenu par une limite formelle à partir d'un modèle Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec fragmentation, où seules deux valeurs de rayons de particules sont considérées : un rayon r1 pour les particules avant fragmentation, et un rayon r2<This thesis contains three independent parts.The first part presents a proof of existence of weak global solutions to a Vlasov-incompressible-Navier-Stokes system with variable density. This system is obtained formally from a classical Vlasov-incompressible-Navier-Stokes model with fragmentation for which only two values for the particules radii are considered: a radius r1 for non fragmented particules and a radius r2<
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Kuidjo, Kuidjo Emmanuel Vianney. „Towards a predictive model to reproduce flow regime transitions in gas-liquid flows with Neptune CFD : from a dispersed to a separated regime“. Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0456.
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Dans les réacteurs nucléaires, divers régimes d’écoulement gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d’interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d’interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l’hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bi-fluide à trois champs dans Neptune CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu’à 0.5 et une emphase est mise sur la prédiction de l’aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d’écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinésIn nuclear reactors, several regimes of gas-liquid flows may occur with some transitions between them. The main challenges associated with simulating these transitions in 3D CFD codes are associated with deformable interfaces of different sizes, accounting for coalescence and breakup interactions between gas structures and developing flow regime independent closure relations. This work aims at modelling and simulating the hydrodynamics of adiabatic gas-liquid flows thanks to a three-field two-fluid model in Neptune CFD. In a first step, a model with one continuous liquid field and two dispersed gas fields for small and large bubbles is used to simulate cap and churn flows with a void fraction up to 0.5 and a focus is put on the interfacial area prediction. In a second step, the second dispersed field is replaced by a hybrid continuous/dispersed field representing both large bubbles and continuous gas regions. The model is validated on several flow regimes in large diameter pipes and in confined rectangular channels
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Mai, Ton Hoang. „Etudes dynamique et thermique d’écoulements d'air dans une cavité de grand rapport d'allongement en régime in-stationnaire“. Lyon, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAL0062.
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Nous développons dans ce travail des modèles numériques de comportements thermique: et dynamique d'une paroi utilisée comme récupérateur d'énergie au moyen d'un échangeur à contre courant, intégré entre l'air extrait et l'air de renouvellement d'un local. La première partie consiste en l'étude théorique des régimes in-stationnaires du système soumis à une variation brusque de débit d'air et des gains énergétiques apportés par la présence dé l'échangeur. Les effets thermique et aéraulique sont pris en compte pour la modélisation de la paroi. Un dispositif en vraie grandeur est modifié pour obtenir un contrôle rigoureux des paramètres aéraulique et thermique permettant des expérimentations de validation des résultats théoriques. Les résultats de cette étude nous ont conduit à la modélisation d'écoulements d'air dans une cavité verticale ouverte faiblement ventilée à grand rapport d'allongement. L'ensemble de ces résultats permet d'une part d'envisager un mode de fonctionnement du système et d'autre part de mieux cerner les échanges thermiques convectifs à l'interface fluide-parois. Dans la deuxième partie nous étudions les performances thermique et énergétique de la paroi échangeur intégrée dans un bâtiment mon-ozone. Puis, nous abordons le calcul de l'économie d'énergie apportée par la paroi et comparons son gain énergétique vis à vis d'autres systèmes de récupération d'énergie (pariéto-dynamique, pariéto + P. A. C. . . . )[In our present work we develop detailed numerical soltwares of the thermal and dynamic behaviour of an thermal instillation wall used to recover power with a counter flow heat exchanger integrated between the extracted and renewed air flow of one building. The first part consists of a theoretical study in in-stationary regime when the system is submitted to a sudden step air flow variation and the energetic gain brought by the exchanger presence. Aeraulics and thermal effects are taken into account in the wall model. Real scale apparatus is modified to obtain a rigours control of the aeraulics and thermal parameters permitting experimentations for the validation of theoretical results. This study leads to air flows modelling of an open vertical cavity weak ventilated with a large aspect ratio. All of these results permit at first to envisage the running mode of the system and secondly to better encircle convection heat transfer phenomenon at fluid-wall interface. In the second part, we study the thermal and energetic performances of this exchange wall integrated in a single zone building. Then we compute of the energy savings brought up by the wall and we compare its energetic gain in relation to other "dynamic" insulation systems (parieto-dynamic, parieto + Heat pump. . . )]
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Marcou, Olivier. „Modélisation et contrôle d’écoulements à surface libre par la méthode de Boltzmann sur réseau“. Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP1001.
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Ce travail de thèse traite de la modélisation et la simulation des systèmes complexes et s’inscrit dans la thématique du contrôle et la gestion des ressources en eau. Nous proposons une approche originale basée sur les modèles de Boltzmann sur réseau pour représenter les écoulements au sein des canaux d’irrigation, habituellement décrits par les équations non linéaires de Saint-Venant. Nous avons adapté un modèle bi-fluide et étudié les conditions aux bords qui permettent de reproduire la géométrie d’un canal à surface libre. Des méthodes de détermination des grandeurs hydrauliques d’intérêt ont été développées. Nous nous sommes intéressés au comportement des vannes de fond en régime noyé, et nous démontrons que le modèle permet de décrire celui-ci spontanément dans différentes situations de fonctionnement. Des validations ont été effectuées par le biais d’une comparaison avec des expérimentations menées sur un micro-canal expérimental. Nous avons également introduit dans le modèle des phénomènes de sédimentation et étudié l’influence de la présence d’un dépôt de sédiments sur l’écoulement. Là aussi, les résultats de simulation et d’expérimentation convergentThis PhD work considers the general problem of modelling and simulation of complex systems and deals with the domain of control and management of water resources. We propose here an original approach based on Lattice Boltzmann models (LB) for modelling free surface flows in irrigation canals, usually described with the non-linear shallow water equations. We adapted a bi-fluid model and studied the boundary conditions which allow to reproduce the geometry of a free-surface irrigation canal. Methods for estimating the desired hydraulic quantities were developed. We studied the behavior of submerged underflow gates, and we show that the model is able to spontaneously and correctly describe how the gates function in quite different situations. Validations were realized by comparing results from simulations and experimentations performed on a laboratory micro-canal facility. We also introduced sedimentation phenomena in the model and studied the influence of a sedimentation deposit on the flow. Comparisons between experimental and simulation results were also performed and converged
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Srinath, Sricharan. „Prédiction et modélisation d’écoulements turbulents proche de paroi“. Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0029/document.
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Le but de ce travail est d'étudier une couche limite soumise à un gradient de pression et de la comparer avec une couche limite de plaque plane à grands nombres de Reynolds. Dans ce cadre, l’accent est mis sur le comportement des structures cohérentes à grande échelle. En raison de leur grande longueur, ces structures ne sont pas faciles à extraire et à caractériser en utilisant des techniques de mesure standard. Pour cette raison, des dispositifs expérimentaux spécifiques utilisant la PIV dans les plans longitudinaux et parallèles à la paroi ont été conçus pour capturer les structures à grande échelle et pour mieux comprendre les mécanismes régissant la dynamique de ces écoulements. La première partie revisite les résultats obtenus sur une couche limite plaque plane en sondant l'origine d'une décroissance spectrale en dans la couche limite turbulente. Dans cette perspective, un modèle simpliste basé sur le modèle de Townsend-Perry est proposé. Ce modèle peut, en principe, être appliqué à n'importe quel écoulement turbulent de paroi. La deuxième partie se concentre sur l'amélioration de la compréhension de la turbulence en gradient de pression adverse en effectuant une caractérisation complète d’un écoulement académique au dessus d’une géométrie. L’accent est mis sur les caractéristiques des structures (longueur, scaling, contribution énergétique et distribution selon la normale à la paroi) ainsi que sur l'influence du gradient de pression adverse sur les structures des grandes échelles. L'analyse permet de comparer le comportement d'une couche limite en présence de gradient de pression adverse avec le cas d’une plaque plane à grands nombres de ReynoldsThe aim of the present work is to study a boundary layer subjected to a pressure gradient and to compare it with a zero pressure gradient (ZPG) boundary layer at high Reynolds numbers. Within this framework, focus is laid on the behaviour of large-scale coherent structures. Due to their large streamwise extent, these structures are not easy to extract and characterize using standard measurement techniques. For this reason, specific experimental set-ups using PIV in the streamwise/wall-normal planes was designed to capture the large-scale structures and to gain more insight into the mechanisms governing the dynamics of these flows. The achievements of the present investigation can be divided into two parts. The first part revisits the results obtained on a ZPG turbulent boundary layer by probing the origin of a spectral range in a turbulent boundary layer. To this end, a simple model which can in principle be applied to various wall-bounded turbulent flows is proposed from a new perspective based on the work of Townsend-Perry. The second part focuses on improving the understanding of turbulence under an adverse pressure gradient (APG) by performing a complete flow characterisation of an academic test case on a large scale geometry. Emphasis is laid on the characteristics of the structures (length, scaling, energetic contribution and their wall normal distribution) along with the influence of the APG on the large-scale structures. The analysis is also extended to compare the behaviour of APG with the ZPG case at high Reynolds numbers
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Kaiser, Eurika. „Low-dimensional modeling and control of shear flows using cluster analysis“. Thesis, Poitiers, 2015. http://www.theses.fr/2015POIT2295.
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Une modélisation d'ordre réduit basée sur le partitionnement des données (cluster-based reduced-order modelling ou CROM) est développée pour identifier de manière non supervisée des mécanismes d'interaction non linéaires. La connaissance de ces mécanismes permet de pronostiquer la formation d’événements souhaitables ou non. L’approche proposée adopteun point de vue probabiliste en mettant à profit la linéarité de l’équation d’évolution de probabilité qui tient cependant compte d'éventuelles actions non linéaires des actionneurs. Le cadre est appliqué à l’attracteur de Lorenz, aux données numériques de la couche de mélange, à la turbulence tridimensionnelle du sillage d’un corps non profilé, d’un train, et aux données expérimentales d’un moteur à combustion.Pour ces exemples, le CROM permettait l'identification des quasi-attracteurs par exemple les deux régimes d’écoulement de la couche de mélange ou les états bimodaux du corps Ahmed . Les transitions principales entre ces quasi-attracteurs sont caractérisées par des regroupements de données appelé « flipper cluster ». L'identification de ces « flipper cluster » peut servir pour le contrôle des écoulements en utilisant le partitionnement des données obtenues par exemple de l'évolution temporelle de la traînée ou de la portance.Un contrôle en boucle fermé basé sur la CROM est appliqué à un écoulement le long d'une rampe courbée en vue de diminuer les extensions de la zone de recirculation par rapport à la meilleure excitation périodique en boucle ouverte. L'actionneur est mis en marche en fonction des regroupements préalablement observés. Le résultat est comparé à l’ensemble des lois de contrôle définies par toutes les combinaisons possibles des « on » et « of » par les regroupements de données. Bien quele contrôle basé sur la CROM ne permet pas de réduire la zone de recirculation par rapport à la réduction maximale en boucle ouverte, 28 % de l'apport d 'énergie nécessaire et 81 % pour une loi de contrôle particulière peuvent être économiséA cluster-based reduced-order modeling strategy is developed for the unsupervised identification of nonlinear flow mechanisms and precursors to desirable or undesirable events. The proposed approach assumes a probabilistic viewpoint taking advantage of the linearity of the evolution equation for the probability while including nonlinear actuation dynamics.The framework is applied to the Lorenz attractor, numerical data of the spatially evolving mixing layer, the three-dimensional turbulent wake of a bluf body, of a train, and experimental data of a combustion engine.For these examples, CROM has been shown to identify quasi-attractors such as the two shedding regimes of the mixing layer or the bimodal states of the Ahmed body; main transition processes between those quasiattractors are characterized by branching regions or flipper cluster; desirable phase space regions and possible actuation mechanisms areindicated by analysis of cluster features like drag and lift forces which can be further exploited for control purposes.In particular, a CROM-based feedback control is applied to a separating flow over a smooth ramp to examine whether the recirculation area can be diminished compared to the best open-loop periodic excitation by turning the actuation on or of depending on the applicable cluster. The CROMbased control is compared to the complete set of control laws defined byall possible combinations of 'on' and 'of' for the given set of clusters.While the recirculation area cannot be further decreased compared to the best open-loop forcing, a similar size can be achieved for 28% (CROMbased control) or 81% (one particular control law) savings in the control input energy
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Feingesicht, Maxime. „Contrôle non linéaire actif d’écoulements turbulents décollés : Théorie et expérimentations“. Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0024/document.
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Le contrôle des écoulements est un domaine en forte croissance visant à modifier un écoulement à l’aide d’actionneurs et d’algorithmes de contrôle. Un axe important du contrôle des écoulements est le contrôle des décollements car le décollement de la couche limite provoque des augmentations de traînée et donc des pertes énergétiques et des coûts en carburant. Cette thèse vise à développer des algorithmes de contrôles pour le recollement des écoulements à l’aide de jets pulsés. La première partie de cette thèse expose une technique d’identification de modèle basée sur des données expérimentales. Les modèles sont déduits de considérations physiques et de l’Automatique. Ils offrent une bonne correspondance aux données tout en restant simple et en contenant peu de coefficients. La seconde partie de cette thèse utilise ces modèles pour élaborer deux algorithmes de contrôle : le premier est un contrôle optimal en boucle ouverte et le second un contrôle robuste en boucle fermée. Ces algorithmes ont été implémentés sur diverses maquettes expérimentales (LML, ONERA, LAMIH) et leurs propriétés a été testée expérimentalement. Les tests ont été réalisés en utilisant un Arduino Uno pour les mesures et le calcul du contrôle, ce qui montre que la méthode développée est simple à appliquer et requiert peu de puissance de calculFlow control is a strongly growing field aiming at modifying fluid flows using actuators and control algorithms. An important part of flow control is the control of flow separation as boundary layer separation increases drag and therefore energy losses and fuel consumption. This thesis focuses on developing control algorithms for flow reattachment using pulsed jets actuators. The first part of this work develops a model identification technique based on experimental data. The models are derived from physical and control theory considerations. They provide a good fit to the data while remaining simple and using few coefficients. The second part of this work uses this models in order to design two different control algorithms : the first one is an optimal feedforward control while the second one is a robust feedback control. The control algorithms have been applied on several experimental setups (LML, ONERA, LAMIH) and their properties have been experimentally tested. The tests were conducted using a simple Arduino Uno for the measurements and computation of the control, showing that the developed method is easy to apply and requires very few computational resources
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Lallement, Julien. „Modélisation et simulation numérique d’écoulements de films minces avec effet de mouillage partiel“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2019. http://www.theses.fr/2019ESAE0005/document.
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L’accrétion de givre sur les surfaces rencontrées en aéronautique (ailes, entrées d’airmoteur, sonde) est considérée comme un risque majeur pour la sécurité aérienne. Lesconséquences observées sont la dégradation des performances aérodynamiques pouvantconduire au décrochage, des perturbations dans les moteurs pouvant aller jusqu’`a sonextinction ou le colmatage des sondes. C’est pourquoi les avionneurs développent dessystèmes de protection thermiques contre le givre. L’eau accumulée sur les surfaces resteainsi à l’état liquide et forme un film mince. Les propriétés dynamiques (hauteur, vitesseet étalement) et thermiques (température, taux d’évaporation) du film en présence d’unécoulement d’air cisaillé permettent de prédire un éventuel regel du film d’eau en dehorsdes zones protégées ("runback ice "). Comme les essais en vols ou en soufflerie sontsouvent complexes à mettre en ouvre et onéreux, la simulation numérique est devenueun outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes. L’objet principal decette thèse est le développement de modèles intégrés dans un outil numérique permettantde prédire le transport d’eau liquide sur une surface sous forme de film ou de ruisseletsou de gouttes. Une approche intégrale de type Saint Venant est adoptée ce qui permet dedécrire la dynamique macroscopique d’un film 3D pour des configurations et des temps decalcul raisonnables par rapport `a un calcul DNS. Une formulation augmentée du secondordre en espace pour le traitement des termes de courbure est proposée, ce qui autorisel’utilisation de maillages surfaciques non structurés généraux. Contrairement aux modèlesdisponibles dans la littérature, celui propos´e dans ce manuscrit présente l’avantage de tenircompte des phénomènes capillaires et de mouillage sans limite de validité en termesd’angle de contact statique. Une équation de conservation de l’énergie garantissant laconsistance thermodynamique des solutions calculées est dérivée du système augmentérégissant la dynamique du fluide. Une discrétisation de type Volumes Finis du systèmed’équation est proposée. Des simulations numériques valident le modèle pour des configurationsacadémiques de mouillage statiques et dynamiques. La transition d’un film continuen ruisselets est également simuléeThe ice accretion on surfaces encountered in aeronautics (wings, nacelle lips, sensors)is considered as a major risk for aviation safety. The consequences observed are the degradationof the aerodynamic performances that can lead to the aircraft stall, disturbancesin the engines that can lead to flame out or clogging of the sensors. That is why aircraftmanufacturers are developing thermal protection systems against icing. The wateraccumulated on the surfaces thus remains in the liquid state and forms a thin film. Thedynamic properties (thickness, velocity and spreading) and thermal properties (temperature,evaporation rate) of the film in the presence of a sheared air flow make it possible apotential refreezing of the water film on unprotected surfaces (”runback ice” phenomena).Since flight or wind tunnel tests are generally expensive and difficult to set up, numericalsimulation has become an effective and complementary tool to design these systems. Themain purpose of this thesis is to develop a model integrated in a numerical tool to predictthe transport of liquid water on a surface which might take the form of a film, a rivulet ora droplet. An integral approach based on a shallow water type model is adopted. It makesit possible to describe the macroscopic dynamics of a three-dimensional liquid film onrealistic configurations and within reasonable computing times compared to a full Navier-Stokes computation. An extended formulation is proposed, it corresponds to a second orderdifferential system and thus allows to use arbitrary surface meshes. Contrary to modelsavailable in the literature, the one proposed in this manuscript has the advantage of takinginto account capillary and wetting phenomena without validity limit in term of staticcontact angle. An energy conservation equation ensuring the thermodynamic consistencyof the calculated solutions is derived from the extended model governing fluid dynamics.A Finite Volume discretization of the system is proposed. Numerical simulations validatethe model for both static and dynamic academical wetting configurations. The transitionof a continuous film into rivulets is also simulated
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Chaligné, Sébastien. „Contrôle du sillage d'un corps non profilé : application expérimentale à une maquette simplifiée de véhicule industriel“. Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995837.
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Ce manuscrit présente les travaux de thèse réalisés dans le cadre d'une convention CIFRE entre Renault Trucks et le LMFA. Une stratégie de contrôle d'écoulement, associant un volet déflecteur et des actionneurs de type jets pulsés et synthétiques, est étudiée expérimentalement en vue de réduire la traînée aérodynamique de corps non profilés à culot droit. Une première approche consiste à étudier l'influence de cette stratégie sur une maquette bidimensionnelle. Des mesures de vitesse dans le sillage proche par TR-PIV et par anémométrie à fil chaud démontrent qu'une certaine gamme de fréquence d'actionnement permet à l'écoulement de recoller sur le volet et de diminuer les fluctuations de vitesse dans la zone de recirculation, ce qui engendre une augmentation de la pression au culot. Une analyse par moyenne de phase et la détermination de corrélations spatio-temporelles permettent d'identifier les perturbations induites par le contrôle conduisant à ces modifications de l'écoulement. Un système de jets synthétiques est ensuite intégré à une maquette simplifiée de véhicule poids lourd à l'échelle 1/8e, dont le sillage est représentatif des remorques réelles. Des gains en traînée significatifs sont obtenus et sont associés aux mêmes phénomènes aérodynamiques que pour la maquette bidimensionnelle. Enfin, une étude paramétrique montre la robustesse du contrôle aux caractéristiques de la couche limite incidente aux jets et à la longueur du volet déflecteur.
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Pitakarnnop, Jeerasak. „Analyse expérimentale et simulation numérique d’écoulements raréfiés de gaz simples et de mélanges gazeux dans les microcanaux“. Toulouse, INSA, 2009. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000300/.
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Ce travail porte sur l’étude analytique, numérique et expérimentale d’écoulements gazeux au sein de microcanaux dans des régimes de raréfaction modérée pour lesquels l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local est mise en défaut. Un banc d’essai spécifique a été développé pour la mesure des microdébits gazeux, dans des conditions de température et de pression contrôlées. Les mesures de débit de gaz simples (Ar et He) et de leurs mélanges à travers des microcanaux de section rectangulaire sont confrontées à des modèles continus associés à des conditions aux limites de glissement d’ordre 2 pour le régime d’écoulement glissant et à des modèles cinétiques basés sur l’équation de Boltzmann linéarisée pour le régime de transition, avec un terme de collision modélisé par un modèle BGK pour les gaz purs et un modèle de McCormack pour les mélanges. Les limites de l’approche continue sont mises en évidence pour des nombres de Knudsen moyens supérieurs à 0,1. En revanche, les modèles cinétiques sont en très bon accord avec l’expérience sur les gaz simples pour toute la plage considérée, en supposant une accommodation parfaite à la paroi. Pour les mélanges de gaz dans les régimes les plus raréfiés, des écarts commencent à apparaître, pour lesquels des conclusions définitives nécessiteront des études complémentairesThis thesis focuses on analytical, numerical and experimental investigations on moderate rarefied gas flows through microchannels, for which the local equilibrium assumption is no longer valid. A specific experimental setup has been developed for measuring gas microflowrates under controlled temperature and pressure conditions. The experimental flowrate data of monatomic gases (Ar and He) and their mixtures through rectangular microchannels are compared in the slip flow regime with data from continuum models associated with second-order boundary conditions, and in the transition regime with data from the linearized Boltzmann equation. The collision term of the Boltzmann equation is given by the BGK model for monatomic gases and by the McCormack model for gas mixtures. It is clearly pointed out that the validity of the continuum approach is limited to average Knudsen numbers less than 0. 1. On the other hand, the kinetic models show an excellent agreement with the experimental data for monatomic gases in the whole considered Knudsen range, assuming diffuse reflection at the wall. However, for the mixtures in higher rarefied regimes, deviations occur; further investigations will be required for more definitive conclusions
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Nicolas, François. „Reconstruction de champs instantanés de masse volumique par BOS 3D. Applications à l’étude d’écoulements complexes en grande soufflerie“. Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0003/document.
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Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du développement d’outils métrologiques avancés pour la mécanique des fluides, et en particulier pour les souffleries. La Background Oriented Schlieren (BOS) 3D, développée à l’ONERA, est une technique qui exploite la déviation des rayons lumineux par un milieu non homogène pour mesurer la masse volumique. Elle consiste à comparer l’image de référence d’un fond texturé avec l’image de ce même fond en présence d’un écoulement. La corrélation entre ces deux images permet de calculer la déviation des rayons lumineux. En réalisant une acquisition simultanée à partir de différents points de vue, il est possible de reconstruire le champ de masse volumique associé, par résolution d’un problème inverse. Afin de poursuivre le développement de la technique, nous avons tout d’abord développé une chaîne de traitement plus systématique puis amélioré la robustesse de notre algorithme de reconstruction. Après avoir réalisé une validation sur des données de synthèse, nous avons mise en œuvre notre méthode sur un banc d’essais comportant 12 caméras. Par la suite, la technique a été déployée pour la première fois en soufflerie sur un jet chaud subsonique. Lors de cette campagne, elle a été validée par comparaison avec des mesures de température. Des acquisitions couplées BOS 3D et stéréo PIV ont également été effectuées. Une démonstration à l’échelle d’une soufflerie industrielle a ensuite été réalisée dans la soufflerie S1MAde l’ONERA. Les problématiques rencontrées sur les écoulements compressibles lors de ces essais ont ensuite conduit à étudier de manière plus approfondie les écoulements présentant de forts gradients d’indice optique. Un banc de mesure BOS 3D a été conçu en laboratoire afin d’optimiser la mesure d’un jet sous-détendu. Sur cette configuration, de très bon accords ont été obtenus avec la littérature ainsi qu’avec une simulation DES. A travers cette étude, nous avons étendu le domaine d’application de la BOS 3D aux écoulements compressibles et démontré son utilisation en soufflerie. La qualité des résultats obtenus démontre le potentiel offert par la technique pour l’analyse physique des écoulementsThis PhD work is part of the development of advanced metrological tools for fluid dynamics, especially for wind tunnel applications. 3D Background Oriented Schlieren (BOS), which has been developed at ONERA, is a line-of-sight technique which takes advantage of light rays deviation through an inhomogenous index media to measure density. It consisted in comparing a reference image of a textured background with the image of the background with the flow in presence. Image correlation can then be used to compute light rays deviations. Performing such acquisition from multiple view points, allows to reconstruct the corresponding density field, by solving an inverse problem. In order to pursue the technique development, we first elaborate a systematic processing chain and improved the robustness of the reconstruction algorithm. After validating our method on synthetic data, we applied it on a 3DBOS bench equipped with 12 cameras. Thereafter, the technique has been set up for the first time in a wind tunnel environment, on a subsonic hot jet configuration. During this test campaign, the technique has been validated via thermocouples measurements.Moreover, 3DBOS and stereo-PIV coupled acquisitions have been performed. Thereafter, a demonstration in industrial wind tunnel has been performed in ONERA S1MA facility. Compressible flows issues encountered during those tests lead us to finer analysis high density gradient flows. A 3DBOS test bench has been built in laboratory in order to optimize underexpanded jet measurements. On this specific configuration, very good agreements have bee obtained in comparison with literature and with a DES simulation. This study has allowed the extension of 3DBOS application domain to compressible flows and it has demonstrated its use in a wind tunnel environment. The quality of the results highlights the technique potential for flows physical investigation
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Bardy, Gaétan. „Intégration de modèles approchés pour mieux transmettre l’impact des incertitudes statiques sur les courbes de réponse des simulateurs d’écoulements“. Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0253/document.
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Alors que l’on utilise couramment de nombreux modèles numériques différents pour la description statique des réservoirs souterrains et des incertitudes associées, les incertitudes sur les écoulements des fluides à l’intérieur de ces réservoirs ne peuvent, pour des raisons de performance, que s’appuyer que sur quelques simulations d’écoulements. Les travaux de cette thèse ont donc pour objectif d’améliorer la transmission de l’impact des incertitudes statiques sur les réponses du simulateur dynamique d’écoulements sans augmenter le temps de calcul, grâce à des modèles approchés (proxy). Pour cela deux axes de recherche ont été menés : - L’implémentation de nouveaux proxys basés sur le Fast Marching, afin de modéliser la propagation d’un fluide dans un réservoir avec seulement quelques paramètres. Cela permet d’obtenir des courbes de réponse similaires à celles fournit par le simulateur d’écoulement pour un temps de calcul très court ; - La mise en place d’une procédure de minimisation mathématique afin de prédire les courbes de réponses du simulateur d’écoulement à partir d’un modèle analytique et des distances entre les modèles calculées avec les réponses des proxys. Les méthodes développées ont été appliquées sur deux cas d’études réels afin de les valider face aux données disponibles dans l’industrie. Les résultats ont montrés que les proxys que nous avons implémentés apportent de meilleures informations que les proxys disponibles bien que les nôtres soient toujours perfectibles. Nous avons aussi mis en évidence l’intérêt de notre procédure de minimisation pour mieux évaluer les incertitudes dynamiques à partir du moment où le proxy utilisé est suffisamment fiableAlthough it is common to use many different numerical models for the static description of underground reservoirs and their associated uncertainties, for fluid flow uncertainties through these reservoirs only few dynamic simulations can be used due to performance reasons. The objective of this thesis’ work is to better transmit the impact of static uncertainties on flow simulator’s responses without increasing computation time, using approximated models (proxies). Research has been undertaken in 2 directions: - Implementation of new proxies based on Fast Marching in order to better approach fluid propagation behavior in a reservoir using only a few parameters. This allows to obtain response curves close to those provided by the flow simulator in a very short period of time - Set up a mathematical minimization’s procedure in order to predict flow simulator’s response curves using an analytical model and distances between proxy responses computed on every model. The methods developed during this PhD have been applied on two different real cases in order to validate them with industry data. Results have shown that our new proxy improve the quality of the information about fluid behavior compared to the available proxy even though ours can still be improved. We also highlight that our minimization procedure better assesses dynamic uncertainties if the proxy used is reliable enough
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Hennicker, Julian. „Discrétisation gradient de modèles d’écoulements à dimensions hybrides dans les milieux poreux fracturés“. Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4057/document.
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Cette thèse porte sur la modélisation et la discrétisation d’écoulements Darcy dans les milieux poreux fracturés. Nous suivons l’approche des modèles, dits à dimensions hybrides, qui représentent les réseaux de fractures comme des surfaces de codimension 1 immergées dans la matrice. Les modèles considérés prennent en compte les interactions entre matrice et fractures et permettent de traiter des fractures agissant comme conduites ou comme barrières, ce que nécessite de prendre en compte les sauts de pression aux interfaces matrice-fracture. Dans le cas des écoulements diphasiques, nous proposons des modèles, qui prennent en compte les sauts de saturations aux interfaces matrice-fracture, dû à la capillarité. L’analyse numérique est menée dans le cadre général de la méthode de discrétisations gradients, qui est étendue aux modèles considérés. Deux familles de schémas numériques, le schéma Vertex Approximate Gradient et le schéma Volumes Finis Hybrides sont adaptées aux modèles à dimensions hybrides. On prouve via des résultats de densité que ce sont des schémas gradients, pour lesquels la convergence est établie. En diphasique, l’existence d’une solution est obtenue en passant. Plusieurs cas tests sont présentés. En monophasique, on observe la convergence sur des différents types de mailles pour une famille de solutions dans un milieux fracturé hétérogène et anisotrope. En diphasique, nous présentons une série de cas tests afin de comparer les modèles à dimensions hybrides au modèle de référence, dans lequel les fractures ont la même dimension que la matrice. A part quantifier le gain en performance de calcul, ces tests montrent la qualité des différents modèles réduitsThis thesis investigates the modelling of Darcy flow through fractured porous media and its discretization on general polyhedral meshes. We follow the approach of hybrid dimensional models, invoking a complex network of planar fractures. The models account for matrix-fracture interactions and fractures acting either as drains or as barriers, i.e. we have to deal with pressure discontinuities at matrix-fracture interfaces. In the case of two phase flow, we present two models, which permit to treat gravity dominated flow as well as discontinuous capillary pressure at the material interfaces. The numerical analysis is performed in the general framework of the Gradient Discretisation Method, which is extended to the models under consideration. Two families of schemes namely the Vertex Approximate Gradient scheme (VAG) and the Hybrid Finite Volume scheme (HFV) are detailed and shown to fit in the gradient scheme framework, which yields, in particular, convergence. For single phase flow, we obtain convergence of order 1 via density results. For two phase flow, the existence of a solution is obtained as a byproduct of the convergence analysis. Several test cases are presented. For single phase flow, we study the convergence on different types of meshes for a family of solutions. For two phase flow, we compare the hybrid-dimensional models to the reference equidimensional model, in which fractures have the same dimension as the matrix. This does not only provide quantitative evidence about computational gain, but also leads to deep insight about the quality of the proposed reduced models
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Mackaya, Térence. „Etude numérique et expérimentale d’écoulements de fluides à seuil en milieux poreux : contribution au développement d’une méthode innovante de porosimétrie“. Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0054.
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Pour caractériser les échantillons poreux, la porosimétrie par injection de mercure (MIP) demeure l’une des techniques les plus utilisées, mais également la plus décriée en raison de la toxicité de ce fluide. Parmi les potentielles alternatives au MIP, la porosimétrie par injection de fluides à seuil (YSM) a l’avantage d’être non-toxique et peu coûteuse. En partant de données expérimentales débits/gradient de pression Q(∇P), le processus d’inversion en YSM permet d’obtenir une distribution en tailles de pores (DTP) de l’échantillon poreux qui, jusqu’à lors, était toujours modélisé comme un faisceau de pores tous parallèles à section droite circulaire. Par ailleurs, dans tous les travaux antérieurs en YSM, pour des raisons de simplicité, le glissement du fluide contre les parois des pores était négligé. Dans ce travail, ce phénomène très caractéristique de l’écoulement des fluides complexes est pris en compte dans le processus d’inversion à travers un mécanisme impliquant une couche de glissement. En outre, au cours de ce travail, l’impact de la non-circularité des sections droites des pores sur les DTPs obtenues par YSM a été étudié. L’exploitation de nouvelles données expérimentales obtenues sur des échantillons de silicate fritté et de grès de Bentheimer montrent que ces aspects de glissement et de non-circularité des sections droites des pores influencent de façon considérable les DTPs obtenues, et donc ouvre de nouvelles portes pour le futur de la YSMIn order to characterize porous samples, mercury injection porosmetry (MIP) is still one of the mostly used technique, but also probably one of the mostly critized due to the toxicity of this fluid. Among possible alternatives to MIP, yield stress fluids porosimetry (YSM) has the advantages to be non-toxic and cheap. Starting from flow-rate/pressure gradient Q(∇P) experimental data, the inversion process in YSM allows to determine a pore-size distribution (PSD) of the studied porous sample which, up to this day, was always idealized as a bundle of parallel capillaries with circular cross-sections. Moreover, during all the previous works on YSM, for simplicity reasons, the slip of the fluid against the pore walls was neglected. In this work, this phenomenon very caracteristic of the flow of complex fluids is taken into account in the inversion process through a mechanism involving a slipping layer.In addition, during this work, the influence of the non-circularity of the pores cross-sections on the PSDs obtained by YSM has been investigated. New YSM experimental data acquired on both samples of sintered silicate and Bentheimer sandstones have been processed by incorporating these features of slip and non-circular pore cross sections. The results show that these features strongly influence the obtained PSDs, and therefore open new doors for the future of YSM
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Darny, Thibault. „Etude de la production des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote par décharge Plasma Gun à pression atmosphérique pour des applications biomédicales“. Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2086/document.
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En l’espace d’une dizaine d’années, les jets de plasma froid à pression atmosphérique ont su s’imposer comme un outil pertinent pour les applications biomédicales. La simplicité de conception et d’utilisation de ces dispositifs, combinée à leurs facultés de produire des espèces réactives (NO, OH, O …), ont significativement contribué au développement rapide du domaine. Beaucoup d’efforts ont été entrepris dans le développement de diagnostics quantitatifs, pour mesurer la production des espèces réactives dans la plume plasma d’un jet donné. Toutefois, la diversité des géométries de décharge, des sources d’alimentations électriques ou des conditions d’utilisation, rendent les comparaisons d’un jet à l’autre, difficiles. Cette thèse a porté sur l’étude du jet de plasma froid à pression atmosphérique développé au GREMI, le Plasma Gun (hélium, impulsion de tension microseconde). Nous avons étudié les mécanismes de décharge susceptibles de considérablement affecter la production d’espèces réactives, dans des conditions approchantes d’applications biomédicales. La thèse s’articule en trois chapitres principaux : l’étude de la modification de l’écoulement de l’hélium par plasma (par strioscopie) ; l’étude de la propagation du plasma dans le capillaire diélectrique (étude expérimentale et numérique de la dynamique de propagation rapide du plasma et de l’évolution du champ électrique en mélange hélium-azote) ; l’étude de l’interaction du plasma avec une cible conductrice (mesures dans le capillaire et dans la plume de l’évolution spatiale et temporelle de la concentration des métastables de l’hélium, corrélées à des mesures du champ électrique). Ce dernier point est en particulier représentatif de tout jet plasma en condition traitement biomédical in vivo et tend à faire une distinction fondamentale avec les mécanismes de décharge du jet plasma dit « libre », sans obstacle entravant la plume plasmaOver the past ten years, the cold atmospheric pressure plasma jets (CAPPJ) became useful devices for biomedical applications. Their relatively simple design and use, combine with their ability to produce reactive species (NO, OH, O, …), led to a rapid research growth in this field. A lot of studies have been devoted to quantitative diagnostics development for the reactive species production measurements in the plasma plume. However, it is difficult to compare one jet with another because of the huge variety of discharge geometries, electric power supplies or operating conditions. This thesis deals with the study of the CAPPJ developed in GREMI, the Plasma Gun (helium feeded, microsecond voltage pulse). We have studied discharge mechanisms which strongly impact the reactive species production in near target biomedical application conditions. This study is divided in three parts : the study of helium flow modifications induced by the plasma (strioscopy visualization); the study of plasma propagation inside dielectric capillary (experimental and numerical study of fast plasma propagation dynamic and electric field evolution for helium-nitrogen mixtures); the study of conductive target-plasma interaction (space and time resolved measurements inside the capillary and the plasma plume of helium metastable production, correlated with electric field evolution). The conductive target contact concerns any in vivo biomedical treatments. CAPPJ in front of such a conductive target leads to fundamentally different discharge mechanisms compare to the free jet case
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Prothin, Sebastien. „Interaction entre un tourbillon et une couche limite Application au contrôle d’écoulement“. Thesis, 2010. http://oatao.univ-toulouse.fr/9876/1/Prothin_9876.pdf.
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L’objectif de cette étude est d’analyser expérimentalement l’interaction entre un tourbillon longitudinal isolé et une couche limite se développant sur un profil portant bi-dimensionnel de type NACA0015 pour des incidences faibles et autour du décrochage statique. Le travail a été réalisé en tunnel hydrodynamique à Reynolds 5 105, le tourbillon est généré en amont par une aile elliptique de section NACA0020. Les campagnes de mesures ont été réalisées par LDV et PIV en ce qui concerne le champ de vitesse et par balance hydrodynamique en ce qui concerne les efforts globaux. Ce type de configuration peut être retrouvé dans les applications de contrôle d’écoulement (par utilisation de générateurs de vortex) ou en hydrodynamique navale dans les interactions « tourbillon d’ogivesafran de gouvernail ». L’originalité de la configuration étudiée réside dans le fait que le vortex est généré hors couche limite, contrairement à la configuration classique du contrôle d’écoulement en aérodynamique, où le vortex est généré à une distance de l’ordre de l’épaisseur de couche limite.
Les résultats ont montré que la présence du tourbillon inhibe le phénomène d’hystérésis lors du décrochage statique du profil NACA0015, ceci étant associé à une modification notable des états de couche limite tant en valeur moyenne que fluctuante. En effet, pour les faibles incidences, la présence du tourbillon longitudinal modifie le gradient de pression, retarde de manière globale le décollement de la couche limite en réaccélérant le fluide à la paroi. Pour les incidences plus élevées, on observe un ré-attachement de la couche limite dans la région d’inflow (zone d’apport de fluide rapide à la paroi). La dynamique de cet écoulement est analysée par décomposition orthogonale en modes propres (POD) dans le but de mieux appréhender l’alignement spatial tourbillonnaire dans le sillage des corps mis à grande incidence et contrôlé.