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Dissertations / Theses on the topic 'Dynamique des fluides – Vélocimétrie par images de particules'
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Funfschilling, Denis. "Dynamique de bulles dans des fluides rhéologiquement complexes." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1999_FUNFSCHILLING_D.pdf.
Full textAbstract:
Les conditions de fonctionnement d'une colonne à bulles sont étudiées en fluides newtoniens et non-newtoniens. L'influence de la rhéologie des fluides sur le phénomène de coalescence en ligne est étudiée au niveau d'un train de bulles. Dans les fluides viscoélastiques, le nombre de bulles dans un train de bulles diminue fortement avec la distance à l'orifice par suite de coalescences. En faisant varier la distance entre deux buses d'injection traversées par un même débit de gaz, on constate que pour des fluides hautement viscoélastiques, l'influence d’un train de bulles sur l'autre est négligeable. Ainsi, la coalescence en ligne semble être un phénomène interne au train de bulles. Le champ de vitesses autour d'une bulle est mesuré par la méthode P. I. V. (Particle Image Velocimetry). Dans les fluides viscoélastiques, le champ de vitesses permet de connaître la taille et l'importance de la traînée négative, ainsi que de découvrir l'existence d'une zone en forme de cône creux située autour de cette traînée négative et dont les recteurs sont dirigés vers les côtés de la bulle. Cette traînée négative est une particularité des fluides viscoélastiques. La biréfringence d'écoulement montre que des contraintes existent autour de la bulle et qu'elles se relaxent lentement dans la traîné de la bulle. Enfin, la mesure du champ de vitesses autour d'un train de bulles montre qu'en fluide newtonien, un train de bulles est à l'origine d'une importante recirculation du fluide, alors que pour un fluide viscoélastique, cette recirculation est très faible voire inexistante.
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Lacroix, Thomas. "Performances et limites de la mesure de vitesse par la vélocimétrie laser par corrélation : application à des milieux optiquement denses." Rouen, 2014. http://www.theses.fr/2014ROUES035.
Full textAbstract:
Les normes environnementales en termes de pollution et de consommation nécessitent une injection optimale, avec un contrôle de la granulométrie des gouttes, de leur répartition ainsi que de la quantité du spray injecté. Les calculs numériques modélisant le comportement du spray ont besoin de points de mesure validant les conditions initiales du processus d’atomisation. Les mesures expérimentales en proche sortie d’injecteur interviennent, car c’est là que se développent les instabilités amenant à la rupture du spray. La plupart des techniques de mesures conventionnelles deviennent inefficaces dans cette région par la forte concentration des structures liquides, leur vitesse élevée et surtout leur forme aléatoire (ligaments ou grosses gouttes non sphériques). Ce travail se concentre sur la Vélocimétrie Laser par Corrélation (VLC), une technique optique permettant de mesurer la vitesse du spray en proche sortie d’injecteur. Cette technique a l’avantage d’être mise en oeuvre sans montage complexe et ne nécessite de faire aucune hypothèse sur la forme des éléments liquides traversant les volumes de mesure. Des mesures ont été effectuées sur un injecteur direct essence ainsi que sur un injecteur triple disque, qui ont déjà été caractérisés par mesures PDPA et en termes de granulométrie respectivement. L’utilisation de montages par imagerie couplés au montage VLC a permis une visualisation de l’écoulement mesuré. En comparant la fraction liquide dans les images avec les signaux enregistrés au même instant, le but a été d’établir un lien entre le signal VLC collecté et la morphologie du spray, et de relier la vitesse mesurée par corrélation aux propriétés de l’écoulement. Enfin, des informations sur les limites spatiales, temporelles et en termes de densité optique ont été regroupées, afin d’évaluer les limites de fonctionnement de la technique VLCEnvironmental standards in terms of pollution and consumption require an optimal injection, with a control of the size of the droplets, of their spatial distribution, and of the quantity of the liquid injected. The numerical calculations modeling the behavior of the spray need measuring points validating the initial conditions of the atomization process. Experimental measurements in the near injector outlet are necessary, because this is where grow instabilities, leading to the rupture of the spray. Most conventional measurement techniques become ineffective in this region by the high concentration of liquid droplets, their high velocity and especially their random shape (ligaments or non-spherical droplets). This work focuses on the Laser Correlation Velocimetry (LCV), an optical technique for measuring the velocity of the spray in the near injector outlet. This technique has the advantage of being implemented with a relatively simple installation and requires no assumptions about the shape of the liquid elements passing through the measurement volumes. Measurements have been made on a gasoline injector and on a triple disc injector, which have been characterized by PDPA and in terms of granulometry respectively. Imaging techniques coupled to the LCV technique allowed visualization of the measured flow. By comparing the liquid fraction in the images with the signals recorded at the same time, the goal was to establish a link between the collected signal and the morphology of the spray, and to link the measured velocity to the properties of the spray. Finally, information on the spatial, temporal and in terms of optical density have been noted, to evaluate the operating limits of the LCV technique
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Boualia, Hassan. "Etude numérique et expérimentale des champs dynamiques et scalaires dans un écoulement turbulent fourni par un brûleur coaxial. Effet de la stratification." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR129/document.
Full textAbstract:
De nos jours, l’énergie délivrée par la combustion dépasse 80% de l‟énergie totale dans le monde, et ce pourcentage restera probablement élevé le long des 100 prochaines années. La plupart des systèmes réactifs qui génèrent la combustion turbulente sont utilisés dans la fabrication, le transport et l‟industrie pour la génération des puissances. Comme résultat, l‟émission des polluants est parmi les problèmes majeurs qui sont devenus des facteurs critiques dans notre société. Dans ce cadre, une étude détaillée des systèmes réactifs est alors nécessaire pour la conception de systèmes de haute performance qui s‟adaptent aux technologies modernes. L'optimisation des performances de ces systèmes énergétiques permet d‟une part d‟économiser l'énergie et d‟autre part de réduire la pollution. Les jets turbulents sont impliqués dans l'efficacité de ces divers systèmes. Dans le cas isotherme, la complexité des écoulements turbulents résulte principalement de la coexistence des structures de tailles très différentes et de l‟interaction non linéaire entre ces structures. Les plus grandes structures dépendent fortement de la géométrie du domaine considéré, elles sont donc anisotropes. De plus, elles ont une grande durée de vie et elles sont responsables du transport de la quasi-totalité de l'énergie. Les plus petites structures, quant à elles, ont souvent un caractère beaucoup plus "universel" (dû à leur comportement relativement isotrope) et sont à l'origine du processus de dissipation visqueuse. Prédire numériquement la dispersion et le mélange d‟un scalaire non réactif dans un écoulement turbulent est considéré comme un problème primordial et reste toujours actuel. Plusieurs recherches sont attachés à ce sujet afin d‟approfondir de plus à la connaissance de différents phénomènes pour pouvoir les mieux prédire. La prédiction numérique du mélange turbulent existant dans plusieurs applications industrielles et environnementales, a un important intérêt en génie chimique. Il est nécessaire donc de bien comprendre la majorité de propriétés du mélange et de l‟écoulement. En combustion, la complication du comportement des jets résulte de l‟interaction entre le dégagement de la chaleur, les processus de mélange, l'entraînement et la recirculation des gaz. Pour bien comprendre la complexité de ce phénomène, il est nécessaire de connaître parfaitement l'évolution dynamique et scalaire des jets turbulents isothermes en présence d'importantes différences de densité, comme elles peuvent lors de la combustion. Cette optimisation passe par la compréhension de l'effet de la variation des conditions d'entrée sur les processus de mélange dans le cas non réactif et sur la stabilité et la nature de la flamme dans le cas réactif. Ainsi, des études théoriques, expérimentales et numériques, doivent être menées en parallèle pour mieux identifier les effets d'une telle intervention. Bien des questions demeurent ouvertes dans le but de mieux caractériser les différents écoulements turbulents réactifs. Les objectifs des études menées dans ce domaine sont la réduction des émissions de polluants et l‟amélioration du rendement de combustion. Une compréhension du mélange et leur interaction avec les différents processus chimiques traduit donc un enjeu majeur. Elle est considéré alors comme un facteur déterminant la qualité des variétés des procèdes. Ce travail de thèse se base sur les jets coaxiaux qui constituent un cas particulier de jet axisymétrique. Ils sont communément rencontrés dans des différents brûleurs industriels qui assurent le contact entre le comburant et le carburant sous une forme de jets coaxiaux. Cette technique est le siège d‟une amélioration du mélange et de la stabilité des flammesRésumé non fourni
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Mouhali, Waleed. "Etude d'un écoulement forcé par précession : transition vers la turbulence et applications à l'effet dynamo." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077242.
Full textAbstract:
Cette thèse représente l'étude hydrodynamique d'un écoulement dans un cylindre en précession. Cette étude rassemble des aspects analytiques (Couplage non linéaire) et expérimentales (PIV). Les résultats sont prometteurs pour un effet dynamoThis thesis is the study of hydrodynamic flow in a cylindrical precession. This study brings together aspects of analytical (non-linear coupling) and experimental (PIV). The results are promising for a dynamo
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Danlos, Amélie. "Dynamique des jets contrôlés : Application à l’étude du mélange dans des écoulements de jets annulaires à très grand rapport de diamètres." Phd thesis, Rouen, 2009. http://www.theses.fr/2009ROUES055.
Full textAbstract:
Les jets annulaires turbulents sont des écoulements soumis à de fortes instabilités qui peuvent devenir un handicap pour certaines applications industrielles (procédés de fibrage du verre, ventilation individuelle, ventilation opérationnelle, brûleurs, neige de ulture. . . ). Ces écoulements particuliers de jets axisymétriques sont complexes puisqu’ils regroupent des phénomènes de sillage et de mélange. L’objectif de cette étude est de déterminer des méthodes de contrôle de la zone initiale des jets annulaires d’air de très grand rapport de diamètres (r=0,91), pour des nombres de Reynolds élevés (Ree=5130, Ree=2565, Ree=1368, e étant l’épaisseur de l’anneau de jet de 2,565mm), afin de répondre aux attentes des industriels mais aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu dans la formation de l’écoulement. Deux méthodes ont été étudiées. Une voie de contrôle passif par modification de géométrie de l’obstacle central a permis d’agir sur le sillage et de modifier la morphologie du jet. Les jets annulaires basique, conique et phéroïdal ont été comparés pour obtenir des jets plus efficaces pour certaines applications. Un contrôle actif par forçage acoustique a été appliqué au jet annulaire basique afin de réduire le battement du jet autour de son axe sans modifier la géométrie de la buse. Ifférents paramètres de forçage (fréquence, position de l’excitation, phase de l’onde) ont été observés pour déterminer une configuration efficace de contrôle des instabilités de l’écoulement. Les méthodes de diagnostic utilisées sont intrusives (anémométrie par fil chaud) ou non intrusives (Tomographie rapide, Vélocimétrie par Images de Particules, Anémométrie Doppler Laser 2D et 3D) et sont complétées par un post-traitement de Décomposition Orthogonales en Modes Propres (P. O. D. ) pour analyser les structures cohérentes de l’écoulement et déterminer l’influence du contrôle passif ou actif sur ces structures de différentes échelles. Une Simulation Numérique Directe (D. N. S. ) est enfin proposée pour modéliser le contrôle passif des écoulements de jets annulaires turbulents de très grands rapports de diamètres.
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Favelier, Thomas. "Couplage de la vélocimétrie par images de particules en deux temps avec la décomposition en modes propres pour la caractérisation d'un écoulement." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00080473.
Full textAbstract:
L'objet de cette étude est d'utiliser la décomposition en modes propres (POD) pour établir un modèle de la composante déterministe et aléatoire d'un écoulement turbulent présentant une instationnarité à grande échelle pseudo périodique.Une étude expérimentale de l'écoulement bidimensionnel en moyenne en aval d'un cylindre semi-circulaire, par vélocimétrie par image de particules en deux temps (PIV2T) caractérise l'écoulement
Une analyse POD du champ de vitesse permet d'extraire les modes spatiaux et de définir un paramètre de phase décrivant l'instationnarité à grande échelle qui régit la partie déterministe. La modélisation de l'évolution temporelle des coefficients associés aux modes s'effectue par des fonctions soit harmoniques pour la partie déterministe, soit stochastiques pour la partie aléatoire.
La modélisation est en accord avec les mesures expérimentales des premiers moments statistiques en un point et des fonctions de corrélation spatio-temporelle du champ de vitesse.
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Kuhlmann, Abrantes Juliana. "Vélocimétrie par Image de Particules Holographique pour les Mesures de Turbulence de Paroi." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00862796.
Full textAbstract:
La compréhension de la dynamique de la turbulence de paroi a déjà fait l'objet de nombreuses études expérimentales et numériques depuis des décennies. Le principal intérêt pratique de ces études tient au fait que la contrainte de cisaillement pariétale (et donc le frottement) est étroitement liée à la dynamique des structures à la proximité de la paroi. Les techniques expérimentales en mécanique des fluides ont également fait de grands progrès ces dernières années. Ce travail présente le développement d'une méthode expérimentale visant à fournir des mesures 3D-3C de l'écoulement dans la région de très proche paroi, en vue de mesurer la contrainte de cisaillement à la paroi avec une précision améliorée. Dans ce but, une technique originale de Vélocimétrie Holographique par Images de Particules a été mise au point. Les mesures sont effectuées dans un petit volume à proximité de la paroi dans la soufflerie au Laboratoire de Mécanique de Lille. Des mesures détaillées dans un de l'ordre de 1.5mm3 sont rendues possibles grâce l'utilisation d'un objectif de microscope pour l'agrandissement du champ objet. Les particules sont éclairées par le côté, la lumière diffusée a 90o se recombine avec l'onde de référence pour un enregistrement holographique en ligne de type Gabor. Une procédure d'étalonnage a été développée afin de relier l'espace de reconstruction de l'image holographique aux coordonnées dans le volume de mesure. L'analyse des résultats montre que les images de particules sont reconstruites avec une très bonne résolution axiale, ce qui conduit à penser que la configuration est bien adapté à cette type de mesure. Ces résultats montrent également qu'une optimisation et des ajustements sont nécessaires pour d'améliorer les résultats de suivi de particules
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Dérian, Pierre. "Wavelets and Fluid Motion Estimation." Rennes 1, 2012. https://ecm.univ-rennes1.fr/nuxeo/site/esupversions/5cdcde8f-715b-4725-a6d4-4eea6474aead.
Full textAbstract:
Ces travaux se situent dans la problématique d'élaboration d'outils de mesure adaptés aux caractéristiques des écoulements fluides. Le développement de l'imagerie digitale, associée à l'utilisation de techniques de visualisation d'écoulements en mécanique des fluides, permet d'envisager l'extraction, à l'aide de méthodes de vision par ordinateur, du mouvement d'écoulements perçu dans des séquences d'images. L'objectif consiste ici à proposer une nouvelle approche de type « flux optique » pour l'estimation multiéchelle de mouvements de fluides, en s'appuyant sur une représentation en ondelettes du mouvement recherché. Cette formulation en ondelettes introduit un formalisme multiéchelle, intéressant tant du point de vue de l'estimation du flux optique que de la représentation de champs de vitesse turbulents. Elle permet en outre la construction de bases à divergence nulle, respectant ainsi une contrainte issue de la physique des fluides. Plusieurs types de régularisation sont présentés; la plus simple procède par troncature de la base aux petites échelles, la plus complexe utilise les coefficients de connexion de la base d'ondelette pour construire des schémas d'ordre élevé. Les approches proposées sont évaluées sur des images synthétiques dans un premier temps, puis sur des images expérimentales d'écoulements caractéristiques. Les résultats obtenus sont comparés à ceux fournis par la méthode usuelle des « corrélations croisées », mettant en avant les intérêts et les limites de l'estimateurThis work falls within the general problematic of designing measurement tools adapted to the specificities of fluid flows. The development of digital imaging, combined with visualization techniques commonly employed in experimental fluid dynamics, enables to extract the apparent flow motion from image sequences, thanks to computer vision methods. The objective is to propose a novel “optical flow” algorithm dedicated to the multiscale motion estimation of fluid flows, using a wavelet representation of the unknown motion field. This wavelet formulation introduces a multiscale framework, conveniently adapted both to the optical flow estimation and to the representation of turbulent motion fields. It enables as well to design divergence-free bases, thereby respecting a constraint given by fluid dynamics. Several regularization schemes are proposed; the simplest consists in truncating the basis at fine scales, while the most complex builds high-order schemes from the connection coefficients of the wavelet basis. Proposed methods are evaluated on synthetic images in the first place, then on actual experimental images of characteristic fluid flows. Results are compared to those given by the usual “cross-correlations”, highlighting the advantages and limits of the wavelet-based estimator
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Roy, Clément. "Dynamique et stabilité de tourbillons avec écoulement axial." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436894.
Full textAbstract:
Cette étude fondamentale présente des résultats expérimentaux et numériques concernant la dynamique et la stabilité de tourbillons avec écoulement axial, pour des nombres de Reynolds modérés. La première partie de la thèse s'attache à étudier l'instabilité elliptique dans des paires de tourbillons co- et contrarotatifs, avec écoulement axial. L'étude de stabilité de deux tourbillons corotatifs de Batchelor, réalisée avec un code à éléments spectraux, a permis d'identifier clairement des modes de l'instabilité elliptique à structure spatiale complexe, pour différentes valeurs de l'écoulement axial et du nombre d'onde axial. Expérimentalement, l'instabilité elliptique a été mise en évidence dans des paires de tourbillons co- et contra-rotatifs, générées au moyen de deux demi-ailes placées dans un canal hydrodynamique. L'analyse POD (Proper Orthogonal Decomposition) d'images acquises par une caméra rapide a mené à une caractérisation précise du mode de l'instabilité observé, qui implique des perturbations avec des nombres azimutaux m=0 et m=2, remplissant la condition de résonance de l'instabilité elliptique. L'analyse numérique de stabilité des vortex expérimentaux, caractérisés par une méthode de Vélocimétrie Stéréoscopique par Images de Particules, a montré le même mode instable. Les longueurs d'onde et taux de croissance expérimentaux et numériques sont en bon accord. La deuxième partie de l'étude porte sur le "vortex meandering", abord expérimentalement en générant un vortex de bout d'aile. Une analyse détaillée des perturbations du tourbillon permet de mettre ce phénomène en relation avec la théorie de croissance transitoire des perturbations d'un vortex isolé.
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Youssef, Jean. "Étude expérimentale d'un jet plan turbulent se développant dans un flux uniforme en co-courant." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00784840.
Full textAbstract:
Cette étude expérimentale porte sur la mesure et l'analyse du comportement d'un rideau d'air plan, vertical descendant, lorsqu'il se développe dans un flux uniforme en co-courant. Le rapport r entre la vitesse du cocourant et la vitesse du jet évolue dans la gamme [0; 0, 3] qui comprend le cas du jet plan classique sans co-courant (r = 0). La motivation de l'étude est, pour le laboratoire d'accueil de la thèse (Irstea de Rennes, équipe Aéraulique et Contrôle des Atmosphères Turbulentes), l'apport de connaissances précises sur les rideaux d'air séparateurs d'ambiance, en propreté et en température, pour la maîtrise des ambiances locales dans l'industrie agroalimentaire et plus largement dans le domaine de la sécurité sanitaire des aliments. Cette étude porte principalement sur le cas isotherme, sans différence de température entre le jet et le co-courant, les cas anisothermes étant seulement abordés en investigation réduite dans le dernier chapitre (chap. IV). L'analyse de la turbulence est au centre de cette étude. Elle est menée à partir des différentes grandeurs caractéristiques, dont les profils de tensions de Reynolds et les échelles turbulentes caractéristiques. Elle sous-tend également l'analyse des évolutions des grandeurs moyennes, en particulier l'expansion du profil de vitesse moyenne. Le principal moyen d'investigation expérimentale est l'anémométrie par fils chauds croisés à température constante (CTA). La Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) est utilisée dans le chapitre IV comme moyen insensible à la température, pour les études de cas anisothermes. Le rideau plan en co-courant a été mis en oeuvre dans une soufflerie verticale spécifique dont la veine d'essai a une hauteur utile de deux mètres (chap. II). L'étude s'appuie sur une analyse bibliographique (chap. I) centrée sur les équations de la turbulence appliquées aux jets plans. L'analyse du comportement dans le cas isotherme (chap. III) s'intéresse principalement à l'influence du rapport de vitesse r et du nombre de Reynolds. Un raisonnement mené sur le choix des variables d'adimensionnement pour décrire le comportement du jet amène à proposer un adimensionnement global, à la fois pour l'évolution de la vitesse moyenne sur l'axe, pour l'expansion de l'épaisseur du jet et pour l'évolution des fluctuations rms de vitesse. On obtient ainsi un modèle de comportement généralisable aux différentes valeurs de r pour les jets en co-courant, avec au passage une méthode intéressante pour évaluer par ce biais des caractéristiques du cas limite du jet plan sans co-courant. Les données complètes et précises obtenues par fils croisés permettent, en fin de chapitre III, de mener une description et analyse des échelles caractéristiques de la turbulence. Il apparaît que les échelles intégrales sont cohérentes avec le modèle proposé pour l'expansion du jet et que les échelles de Kolmogorov s'en déduisent ensuite par un recours à un rapport universel, fonction du nombre de Reynolds local.
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Beaulieu, Sébastien. "Étude expérimentale par la technique PIV de l'écoulement dans le canal inter-aube d'une turbine axiale de type hélice." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27758/27758.pdf.
Full text
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Capiaux, Sylvie. "Application et développement de la vélocimétrie par images de particules pour l'étude de la phase d'admission dans les moteurs à allumage commandé." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES068.
Full textAbstract:
Le présent travail, effectué dans l'entreprise PSA, en collaboration avec le CORIA par le biais d'une convention CIFRE, vise à implanter la technique de vélocimétrie par images de particules, PIV, à la DRAS (PSA, Vélizy 78). La PIV est une technique bidimensionnelle de mesure de vitesse, qui fournit des champs instantanés de vecteurs vitesse dans un plan matérialisé par une nappe laser. Elle apporte ainsi une vision d'ensemble des structures de l'écoulement que les techniques ponctuelles ne permettent pas d'obtenir. Deux expériences sont mises en œuvre afin de tester la technique d'une part et d'obtenir des informations intéressantes sur l'écoulement en aval d'une culasse de série. La première est un banc statique : un plateau plat doté d'une soupape de série à levée variable, sous lequel est monté un cylindre transparent permettant de visualiser l'écoulement ensemencé de micro gouttelettes d'huile. L'écoulement autour de la soupape et dans le cylindre est créé à l'aide d'une aspiration. La seconde est constituée d'une culasse de série PSA, entrainée par un moteur électrique. La PIV s'avère être un bon outil de diagnostic pour les applications moteur et permet grâce à une méthode de filtrage spatial des champs instantanés d'évaluer les grandes échelles de l'écoulement (>= 7 mm) et la part des fluctuations cycliques. Pour ce faire on utilisera des traitements à l'aide de maillages de taille moyenne (64p*64p) et un taux de recouvrement des mailles de traitement assez élevé (75%). Les images obtenues ici ont l'inconvénient d'être moyennement résolues car les CCD sur le marché il y a 3 ans étaient de petite taille (768 pixels*512 pixels). Elles nécessitent un travail de mise au point conséquent à cause du confinement des cylindres, mais avec l'augmentation des cadences d'acquisition, la dégradation dans le temps d'expérience des images ne sera bientôt plus un problème. L'accès aux plus petites échelles sera possible dans l'avenir avec l'utilisation de cameras plus résolues (Kodak 1000*1000 par ex. ). Nous avons réalisé une étude théorique permettant de quantifier les biais de mesure. Les erreurs sont majoritairement liées à une répartition hétérogène des particules dans les mailles de traitement (mailles moyennes ou grandes et gradients locaux de vitesse au sein des mailles).
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Rouland, Eric. "Etude et développement de la technique de vélocimétrie par intercorrélation d'images de particules. Application aux écoulements en tunnel hydrodynamique." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES078.
Full textAbstract:
La vélocimétrie par intercorrélation d'images de particules (V. I. I. P. ) a fait l'objet d'un développement complet ayant pour but l'étude d'écoulements dans un tunnel hydrodynamique. Elle consiste en une analyse bidimensionnelle par intercorrélation (corrélation-croisée) de deux images prises simultanément par un capteur CCD standard. Ces images sont obtenues en éclairant, par un plan laser, des particules préalablement ensemencées dans l'écoulement. L'algorithme de corrélation-croisée a été comparé au traitement généralement utilisé : l'autocorrélation, et ceci à l'aide d'un programme générateur d'images simulées. Cette comparaison montre que l'intercorrélation d'images séparées résout à la fois le problème du signe et des mesures de vitesse autour de zéro, cela permet de bénéficier d'une dynamique de vitesse maximum dans la fenêtre d'analyse. Elle met aussi en évidence qu'on peut accepter des densités de particules beaucoup plus élevées et du même ordre que la densité utilisée pour la visualisation par tomographie. Enfin, nous abordons l'application de la méthode aux écoulements dans un tunnel hydrodynamique autour de profils immergés (cylindre, hélice). Nous montrons qu'en dépit d'un ensemencement utilisant des microbulles d'air de différents diamètres et en faible concentration, la V. I. I. P. Permet d'étudier les écoulements propres au tunnel. Dans ce contexte, les informations instantanées, obtenues après l'utilisation de critères de validation de vecteurs vitesse et l'application de post-traitements, permettent ainsi l'analyse de phénomènes de fluctuation spatiale qui apparaissent par exemple dans le sillage d'un cylindre.
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Jarrahi, Khameneh Mojtaba. "Intensification du mélange par advection chaotique pulsée." Nantes, 2010. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=33a6dbf5-3e54-4105-a044-5387a8986d1b.
Full textAbstract:
Le but de cette étude est d'étudier l'amélioration du mélange par superposition d'une dépendance temporelle, sous la forme d'une pulsation, à un écoulement de Dean alterné où les trajectoires des particules fluides sont spatialement chaotiques. La dépendance temporelle de l'écoulement dans les conduites courbes peut générer des écoulements secondaires - composées de deux cellules contra-rotatives (cellules Dean) dans un régime stationnaire - plus complexe. Cette modification de l'écoulement secondaire qui se traduit par des gradients de vitesse plus forts, augmente les étirements et les repliements; et donc le mélange. La configuration chaotique étudiée dans ce travail est composée d’une série de six coudes alternés de 90°. Lors du passage d’un écoulement pulsé (stationnaire+sinusoïdal) dans cette géométrie, les champs de vitesse de l'écoulement secondaire sont mesuré en utilisant la vélocimétrie par images de particules (PIV) pour différentes conditions de pulsation. Pour éviter les effets de réfraction de lumière lors des mesures de PIV, un canal en forme de T est installé en aval du coude d’étude. Les expériences sont réalisées pour une large gamme de nombres de Reynolds stationnaire 420≤Rest≤1000, de rapports d’amplitude de vitesse 1≤(β=Umax,sin/Ust)≤4 et de paramètres de fréquence 8,37≤(α=r0(ω/ν)0,5)≤24,5. Les effets de chaque paramètre (Rest, β et α) sur le mélange transversal sont discutés en comparant les valeurs de vorticité adimensionnelles (|ζP|/|ζS|) et les taux de déformation transversale adimensionnels (|εP|/|εS|) au cours d’une période d’oscillation complète. Les résultats montrent que β≥2 et α≤15 sont les conditions favorables de pulsation pour l'amélioration du mélange. En plus, dans certaines conditions de pulsation, les centres de cellules visitent une zone (dans la section du canal) 9 fois plus grande que celle d’un cas stationnaireThe purpose of this study is to investigate mixing enhancement by superposition of a temporal dependence, in the form of a pulsation, on a twisted pipe flow where the trajectories of fluid particles are spatially chaotic. In the steady case, the secondary flow in a curved tube is composed of two counter-rotating cells (Dean cells), however, the temporal dependence of the flow can make this structure more complex. This modification of the secondary flow which results in stronger velocity gradients enhances stretching and folding (the main mechanism of mixing). Here, the chaotic configuration is composed of six alternating 90° curved pipes. When a pulsating (steady+sinusoidal) flow passes through this geometry, the velocity field is measured by particle image velocimetry (PIV) for different pulsating conditions. To obviate light-refraction effects during PIV measurements, a T-shaped end channel is installed at the exit of the curved pipe. Experiments are carried out for the steady Reynolds numbers range 420≤Rest≤1000, velocity component ratios 1≤ (β = Umax,sin / Ust) ≤ 4 and frequency parameters 8. 37≤(α=r0(ω/ν)0. 5)≤24. 5. The effects of each parameter (Rest, β and α) on transverse mixing are discussed by comparing the dimensionless vorticity (|ζP|/|ζS|) and dimensionless transverse strain rates (|εP|/|εS|) during a complete oscillation period. The results show that β ≥ 2 and α ≤ 15 are favorable pulsating conditions for mixing enhancement. Moreover, in some pulsation conditions, the cells’ centers visit a zone (in the flow cross-section) 9 times larger that that of the steady case
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Vigié, Franc. "Étude expérimentale d'un écoulement à surface libre au-dessus d'un obstacle." Toulouse, INPT, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00001382/.
Full textAbstract:
Ce travail a pour objet l'étude d'un écoulement à surface libre en présence d'un obstacle unique bidimensionnel placé sur le fond d'un canal. L'objectif est de déterminer quel est le rôle de l'obstacle et son influence sur la dynamique de l'écoulement. Deux obstacles, un demi-cylindre et un obstacle de forme gaussienne sont utilisés. Pour ces deux types d'obstacles, des mesures expérimentales de hauteurs d'eau au centre du canal permettent d'obtenir différents profils de surface libre. Ceux-ci sont classés en régimes d'ondes de surface en fonction des paramètres de l'écoulement: le nombre de Froude et le facteur de blocage, qui rapporte la hauteur de l'obstacle à la hauteur d'eau mesurée sans obstacle. L'hydrodynamique au voisinage de l'obstacle est caractérisée à l'aide de mesures de champs de vitesses bidimensionnels. Une analyse de la topologie du champ de vitesse moyen et de la structure turbulente de l'écoulement est conduite et certains mécanismes physiques, contrôlant la forme de la surface libre et la structure locale de l'écoulement, sont mis en évidenceFree-surface flows over a single two-dimensional obstacle placed on the channel bottom wall are investigated in this work. The main objective is to determine the obstacle role and its influence on the flow dynamics. Two obstacles, a semi-cylinder and a flat gaussian one are used in this work. For both obstacles, free-surface profiles in the channel centerline are performed using water depth measurements. These profiles are classified in surface waves regimes, depending on the flow parameters: the Froude number and the blocking factor, which compares the height and the undisturbed water depth. Hydrodynamic in the obstacle vicinity is characterized with two-dimensional velocity fields measurements. Mean-velocity-field topology and the turbulence structure are analysed. Some of physical mechanisms, which control the free-surface shape and the local structure of the flow are exhibited
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Albugues, Laurent. "Analyse expérimentale et numérique d'un jet débouchant dans un écoulement transverse." Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0001.
Full textAbstract:
Le calcul aérothermique des jets débouchants en écoulement transverse nécessite des codes de calcul précis et robustes qui doivent être validés expérimentalement. Le problème traité dans ce mémoire a pour origine l'écoulement en sortie du système de dégivrage d’un turboréacteur. Après une étude bibliographique, la conception d’une forme générique conservant les aspects essentiels du problème est présentée ainsi que le dispositif expérimental et les moyens de mesure utilisés (thermographie IR, PIV, LDA, fils chaud et froid). La base de données obtenue grâce aux essais en soufflerie regroupe les mesures sur des configurations variées pour l'étude d’effets paramétriques (géométrie des éjecteurs, débit-masse éjecté, répartition de pression pariétale) et les mesures détaillées sur un cas particulier pour l'évaluation fine de modèles. Un calcul RANS (k-l de Smith) réalisé sur cette dernière configuration avec le code elsA de l'ONERA est présenté et les résultats sont comparés aux mesures.
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Delay, Guillaume. "Analyse des écoulements transitoires dans les systèmes d'injection directe essence : effets sur l'entraînement d'air instationnaire du spray." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7367/1/delay1.pdf.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est de déterminer l'effet des fluctuations de débit liquide instantané d'un injecteur sur l'entraînement d'air instationnaire d'un spray conique creux de type injection directe essence. Pour ce faire, nous utilisons plusi eurs outils, expérimentaux et numériques. Une méthode de mesure de débit liquide instantané, basée sur la modélisation physique des écoulements pulsés est utilisée. La mesure de la vitesse (Anémométrie Laser Doppler) de l'écoulement à l'axe de la conduite alimentant l'injecteur suffit pour reconstruire l'écoulement avant l'injecteur. Un logiciel de modélisation hydraulique et mécanique (AMESim) permet d'obtenir le débit liquide instantané en sortie de l'injecteur. La validation est réalisée grâce aux résultats de la méthode de reconstruction et à des mesures de pression de rampe d'injection. La Vélocimétrie par Images de Particules Fluorescentes (FPIV), adaptée aux milieux diphasiques denses, donne accès à l'écoulement d'air autour et à l'intérieur du spray cônique. Des mesures de vitesse d'air à proximité de la nappe diphasique permettent de déterminer l'entraînement d'air instationnaire du spray. En se basant sur des données de granulométrie et de vitesse du carburant en sortie de l'injecteur, l'analyse des échanges de quantité de mouvement des gouttes vers l'air permet enfin de proposer un modèle d'entraînement instationnaire fidèle aux mesures FPIV.
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Steinmann, Thomas. "Métrologie optique en dynamique des fluides appliquées à l'écologie physique des insectes." Thesis, Tours, 2017. http://www.theses.fr/2017TOUR4050/document.
Full textAbstract:
La capacité à percevoir des courants dans un fluide s'est développée chez de nombreuses espèces animales, dans des contextes écologiques très variés qui couvrent aussi bien les interactions proies-prédateurs, la sélection sexuelle ou l'orientation dans un environnement. Parmi ces espèces animales, les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Ces senseurs sont considérés comme les détecteurs les plus sensibles du monde animal. Il leur suffit de capter l'énergie d'un dixième d'un photon pour déclencher un potentiel d'action au niveau du neurone sensoriel. Ce manuscrit présente à la fois le développement des outils de mesures sans contact adaptés à ces questions d'écologie sensorielle ainsi que les méthodes numériques simulant les processus physiques à l'oeuvre. L'étude du fonctionnement des senseurs a nécessité l'adaptation des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évoluent les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux entre poils a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les mesures des perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, nous ont aidé à valider des modélisations numériques, réalisées à l'aide des techniques de dynamique des fluides computationnelles (CFD) par résolution des équations de Navier Stokes via la méthode des éléments finis (FEM). La mise au point et l'utilisation de techniques de métrologie optique en dynamique des fluides semi-visqueux et l'analyse des données nous permettent de revisiter la sensibilité extrême du système sensoriel du grillon et de placer ces mesures dans un contexte plus large, d'écologie sensorielle. En particulier, nous montrons que ces soies sont placées en groupe compact et exercent entre elles un fort couplage aérodynamique visqueux, qui réduit fortement leur sensibilité "de groupe". Ce fort couplage interroge l'intérêt d'avoir des récepteurs aussi performants individuellement, s'ils perdent leur sensibilité lorsqu'ils fonctionnent en réseau. Finalement, les réactions des poils à des mouvements de fluides générés par un piston mimant les attaques réelles d'araignées ont pu être déterminées à l'aide d'une caméra rapide, puis simulées et validées après avoir développé un modèle mécanique du poil répondant à des stimuli transitoiresFlow sensing is used by a vast number of animals in various ecological contexts, from preypredator interactions to mate selection, and orientation to flow itself. Among these animals, crickets use hundreds of filiform hairs on two cerci as an early warning system to detect remote potential predators. Over the years, the cricket hairs have been described as the most sensitive sensor in the animal kingdom. The energy necessary for the emission of an action potential by its sensory neuron was estimated to be a tenth of the energy of a photon. This PhD thesis aims to describe recent technological advances in the measurement and model of flows around biological and artificial flow sensors in the context of organismal sensory ecology. The study and understanding of the performance of sensory systems requires a high spatial precision of non-intrusive measurement methods. Thus, non-contacting measurement methods such as and Particle Image Velocimetry (PIV), originally developed by aerodynamics and fluid mechanics engineers, have been used to measure flows of biological relevance. The viscous oscillatory boundary layer surrounding filiform hairs has been visualized and used as input to model the mechanical response of these hairs, described as second order mechanical systems. The viscous hydrodynamic coupling occurring within hair canopy was also characterized using PIV measurements on biomimetic micro-electro-mechanical systems (MEMS) hairs, mimicking biological ones. Using PIV, we have also measured the air flow upstream of hunting spiders. We prove that this flow is highly conspicuous aerodynamically, due to substantial air displacement detectable up to several centimeters in front of the running predator. This disturbance of upstream air flows were also assessed by computational fluid dynamics (CFD) with the finite elements method (FEM). The development of non-intrusive measurement and CFD methods and their application to the analysis of the biological flow involved in cricket sensory ecology allowed us to revisit the extreme sensitivity of cricket filiform hairs. We predicted strong hydrodynamic coupling within natural hair canopies and we addressed why hairs are packed together at such high densities, particularly given the exquisite sensitivity of a single hair. We also proposed a new model of hair deflection during the arrival of a predator, by taking into account both the initial and long-term aspects of the flow pattern produced by a lunging predator. We conclude that the length heterogeneity of the hair canopy mirrors the flow complexity of an entire attack, from launch to grasp
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Gagnon, Jean-Mathieu. "Contribution to the study of the 3D unsteady flow in a propeller turbine." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28126/28126.pdf.
Full text
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Reyt, Ida. "Écoulements induits en guide d'onde acoustique fort niveau." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2292/document.
Full textAbstract:
La propagation d'une onde acoustique en guide est associée, pour de forts niveaux, à un certain nombre de phénomènes de l'acoustique non linéaire. Parmi ces phénomènes, les écoulements redressés (ou vent acoustique), l'effet d'une discontinuité et la transition à la turbulence, à l'étude dans ce mémoire, sont associés à la génération d'écoulements induits. L'étude expérimentale de ces phénomènes repose sur l'adaptation des méthodes de vélocimétrie Laser : Vélocimétrie Laser par effet Doppler (VLD) et Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) à la mesure des différents écoulements. Ainsi, des mesures PIV en sortie de convergent, viennent compléter des mesures VLD réalisées antérieurement. Dans l'espoir de mieux appréhender les spécificités de la transition à la turbulence en guide d'onde acoustique, l'évolution de la couche limite de Stokes est étudiée pour des amplitudes de vitesse acoustique croissantes. Une étude expérimentale des écoulements redressés dans un guide d'onde à section carrée est proposée et les spécificités liées à cette géométrie sont recherchées. En outre, l'évolution des tourbillons du vent acoustique en guide d'onde cylindrique est analysée lorsque le vent devient rapide et certains facteurs pouvant être à l'origine de cette évolution sont modifiés. La répartition harmonique dans le guide est ainsi modifiée, puis l'influence des conditions thermiques est abordée en couplant les mesures de vitesses à des mesures de température moyenne dans le guide et en paroi. Une comparaison avec des résultats issus de simulations numériques permet de conforter l'évolution des écoulements redressés observéeHigh amplitude acoustic propagation in a guide is associated with several non linear phenomena including acoustic streaming, discontinuity effects and transition to turbulence. Those phenomena are studied in this work and are all associated with acoustically induced flows. The present experimental study therefore is based on velocimetry laser techniques: Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV), wich are fitted to the measurement of the different flow velocity components. Firstly, PIV measurements at the exit of a convergent enable to complement previous LDV measurements. Then, in order to a better understanding of the specificity of transition to turbulence in acoustics, the evolution of the Stokes boundary layer is studied for increasing acoustic velocity amplitudes. Then an experimental study of acoustic streaming in a square channel is reported, and the influence of the geometry is examined. Moreover, the evolution of acoustic streaming vortices in a cylindrical waveguide is analyzed for fast streaming and some parameters that could control such evolution are modified. The harmonicdistribution inside the guide is changed and then the influence of thermal conditions is studied by coupling velocity measurements and mean temperature measurements inside the waveguide and along the wall. Some comparisons between measured streaming velocities and numerical simulation results are presented
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Schaeffer, Eric. "Modèles régularisés locaux pour l'analyse de scènes dynamiques : application au traitement d'images et à la mécanique des fluides." Toulouse, ENSAE, 1997. http://www.theses.fr/1997ESAE0017.
Full textAbstract:
Suivre l'évolution de phénomènes physiques particuliers au cours du temps et en fournir une interprétation visuelle est une étape cruciale dans de nombreux domaines techniques. Il peut aussi bien s'agir de vouloir comparer deux images aériennes prises à des temps différents dans un but de photo-interprétation, que de vouloir restituer un champ de vitesse à partir d'images sucessives d'écoulement pour caractériser un écoulement turbulent en mécanique des fluides. Le problème est d'autant plus ardu dans ce type d'applications, qu'aucunes hypothèses sur la conservation de la luminance, sur la conservation du flot optique ou sur la continuité spatio-temporelle du champ de vitesse ne peuvent être faites. Dans la présente étude, nous décrivons un système complet d'analyse, composé de deux modèles connexionistes capable d'aborder efficacement les problèmes d'optimisation combinatoire complexes et d'approximation non-linéaire qui se posent directement en analyse de données dynamiques. Le premier modèle aborde le problème de l'appariemment comme un problème d'optimisation combinatoire. Ce modèle s'apparente aux modèles déformables décrits par Yuille (Yuille 1990) et est inspiré de la méthode dite de l'elastic-net (Durbin et Willshaw 1990). Sa particularité est de ne pas intégrer explicitement des contraintes spécifiques liées aux problèmes que l'on traite : l'appariement de primitives est vue comme un problème combinatoire de nature purement géométrique. Plusieurs heuristiques lui sont ensuite associées le rendant robuste à un faible taux de présence concomittante des primitives à apparier. Le second modèle permet quant à lui de généraliser des appariements ou de reconstruire un champ de primitives dense à partir de mesures éparses fournies par le modèle précédent. Nous présentons en particulier un algorithme d'approximation s'appuyant sur une structure de modèle régularisé généralisé (GRN). Cet algorithme adapte automatiquement l'ensemble des paramètres de régularisation, l'ensemble des fonctions-noyau et des rayons d'influence le composant aux conditions locales d'approximation.
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Duriez, Thomas. "Application des générateurs de vortex au contrôle d'Écoulements décollés." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005691.
Full textAbstract:
1 Contexte Le contexte général est celui du contrôle des écoulements et plus précisément du contrôle des couches limites clef de voute des écoulements. Ce domaine de la mécanique des uides consiste à manipuler un écoulement an de l'amener dans l'état désiré. Les applications les plus courantes en sont la minimisation de la force de trainée sur un véhicule ou encore l'augmentation de la portance d'une aile ou la réduction du bruit provoqué par un écoulement. Un moyen connu et usuel de manipuler les couches limites est d'utiliser des générateurs de vortex. Sous ce nom générique se cache une multitude de dispositifs dont la fonction primaire est d'introduire de la vorticité longitudinale au sein de la couche limite. Si chacun des triptyques application-écoulement-actuateur a mené à étude paramétrique par des départements d'ingénierie, il n'existait aucun consensus sur une méthode à même de prédire les paramètres optimaux à priori. Au cours des travaux présentés ici nous avons cherché à proposer et tester des outils capable de faciliter les études nécessaire à la mise en place ecace de générateurs de vortex génériques appliqué au contrôle sur un écoulement décollé en ayant une approche basée sur la physique de la couche limite. 2 Interaction entre des générateurs de vortex et une couche limite La première étape consista à observer l'interaction entre les structures engendrées par les générateurs de vortex et une couche limite sur une plaque plane. Dans les installations hydrodynamiques du laboratoire nous menons au moyen d'un protocole expérimental original, inspiré de l'imagerie par tomographie, à la reconstruction par imagerie par image de particules (ou PIV) des champs moyennés dans le temps et tridimensionnel des composantes longitudinales et transverse de la vitesse ce qui constitue à l'époque (2005) un petit exploit expérimental. Du point de vue du contrôle d'écoulements décollés cela nous a permis de quantier la modication moyenne de l'écoulement moyen. Sur ce concept nous introduisons une grandeur intégrale représentative de cette modication. Cette dernière nous aide à évaluer l'impact des générateurs de vortex sur la susceptibilité de la couche limite à subir un décollement. Une seconde analyse a permis de faire progresser les connaissances de la transition à la turbulence de la couche limite. En effet vorticité longitudinale et streaks apparaissent naturellement de façon transitoire à petite échelle lors de la transition. Un processus d'auto-entretien de ces deux structures avait été soupçonné et modélisé mais était dificilement observable expérimentalement. L'idée originale est donc ici de forcer de façon stationnaire la position des tourbillons et donc celle des streaks ce qui en rend l'étude plus aisée. En observant les énergies de ces structures à différents nombres de Reynolds nous détectons un seuil au delà duquel sont observés de nombreux indices de l'existence de ce processus selon le scénario modélisé. Il s'agit de la première démonstration expérimentale de l'existence d'un processus auto-entretenu entre tourbillons longitudinaux et streaks dans une couche limite en transition, ce qui a donné lieu à la publication de ces travaux dans Physical Review Letter. 3 Étude de l'écoulement décollé au dessus d'une rampe descendante Afin d'évaluer l'efficacité prédictive des grandeurs construites auparavant, l'écoulement au dessus d'une rampe descendante a été retenu cette géométrie étant proche de celles rencontrées dans les applications courantes (transport). Nous avons donc mené en canal hydrodynamique et en souerie des mesures PIV en fonction du nombre de Reynolds et ainsi fournit une première étude comportant une analyse de la longueur de recirculation en fonction du nombre de Reynolds, ainsi qu'une analyse détaillée des modes instables de la couche cisaillée et de la bulle de recirculation en employant une PIV résolue dans le temps dévellopée au cours de cette thèse et une méthodologie basée sur du filtrage fréquentiel qui a été crée pour l'occasion en s'inspirant des méthodes utilisé par les numériciens. Enfinnous avons confronté nos résultats à ceux obtenus sur une marche descendante. Il a été proposé et validé que le comportement de la bulle de recirculation pouvait être ramené à celui obtenu lors de l'écoulement sur une marche descendante de hauteur fixée par la position du point de décollement à un nombre de Reynolds dépendant de cette nouvelle hauteur. L'analyse fréquentielle de l'écoulement exhibe de nombreux points communs avec les écoulements de marche descendante correspondant. On y trouve fréquence dominante découlant de l'instabilité linéaire de la couche cisaillée, ses harmoniques et couplages avec les modes à basse fréquence de la bulle de recirculation. Cependant le fait que le point de décollement en plus de celui de rattachement soit laissé libres provoque une plus grande liberté de la bulle de recirculation ce qui a tendance à alimenter l'amplificateur de bruit qu'est la couche cisaillée et enrichit considérablement les spectres. Ceci rend une attribution sans équivoque des différents modes à leur source physique compliquée étant donné le nombre de sources possibles. Il s'agit à notre connaissance de l'étude expérimentale la plus complète sur cet écoulement. 4 Contrôle par générateurs de vortex de l'écoulement au dessus d'une rampe descendante. Il s'agissait enfin d'évaluer l'efficacité des outils construits lors de la première étape afin de contrôler le décollement ayant lieu dans l'écoulement étudié dans la seconde partie en combinant les méthodes expérimentales. A des nombres de Reynolds équivalents, une étude paramétrique a montré que la longueur d'onde optimale an d'accélérer la couche limite en moyenne (et donc donner plus d'énergie cinétique an de lutter contre le décollement) sur une plaque plane était également celle qui permettait de parvenir au décollement le plus tardif. Ce résultat valide l'emploi des outils construits au cours de la première phase de ces travaux . Nous montrons qu'en plus d'un décollement repoussé, nous modulons la couche cisaillée de la même manière que la couche limite incidente ce qui permet également de modifier le contenu fréquentiel de l'écoulement. Au cours du premier essai sur le sol européen de la V3V (pour Volumetric 3-component Velocimetry, TSI) qui permet d'acquérir les instantanés des 3 composantes de la vitesse dans un volume donné, nous avons pu démontrer que les structures tourbillonnaires transversales découlant de la déstabilisation de la couche cisaillée pouvaient être tuées par la modulation ainsi induite par le contrôle.
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Bordes, Guilhem. "Interactions non-linéaires d'ondes et tourbillons en milieu stratifié ou tournant." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00733175.
Full textAbstract:
Les ondes gravito-inertielles jouent un rôle majeur dans les échanges d'énergie globaux sur la planète. Si la génération des ondes est bien connue dans l'atmosphère et l'océan, le devenir de ces ondes au cours de leur propagation n'est pas complètement défini aujourd'hui. Ces ondes peuvent interagir de façon non-linéaire avec elles-mêmes et créer des structures de plus petite échelle qui vont se dissiper plus facilement. Ainsi, le phénomène d'instabilité paramétrique sous-harmonique (PSI), a été étudié de façon expérimentale. Nous avons effectué la première mise en évidence expérimentale de l'interaction de trois ondes planes inertielles bi-dimensionnelles, sous la forme d'une triade résonnante. Cette étude améliore en outre la compréhension de la turbulence en rotation. Les ondes internes peuvent aussi créer, ou interagir avec des écoulements lents de grande échellequi peuvent modifier la biodiversité au fond des océans. Nous avons mis en évidence une situation expérimentale à l'origine d'un tel écoulement moyen induit par les ondes et, à l'aide d'un modèle théorique simplifié, nous avons expliqué la formation de ces écoulements. Enfin, on étudie également des tourbillons en fluide stratifié pour permettre de futures études sur l'interaction d'ondes gravito-inertielles avec des tourbillons.
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Maillard, Mathilde. "Étalements de fluides à seuil." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PESC1111/document.
Full textAbstract:
Les fluides à seuil sont des matériaux utilisés dans de nombreux procédés industriels au cours desquels ils sont mis en écoulement via leur interaction avec des outils solides. Afin de mieux comprendre comment ils s'étalent sur des surfaces, nous avons étudié d'une part leur enduction verticale sur une plaque mince et d'autre part leur étalement horizontal à l'aide d'une lame. Ces deux études se sont appuyées sur des mesures macroscopiques permettant de suivre la force appliquée à l'outil et des mesures microscopiques de PIV pour déterminer les champs de vitesse dans le matériau. Après confirmation de leur validité par comparaison avec nos résultats expérimentaux, des simulations numériques basées sur la programmation conique ont permis de préciser les écoulements en jeu. Pour l'enduction par trempage, nous observons que dans notre gamme d'étude, le dépôt de fluide à seuil sur la plaque est millimétrique et d'épaisseur constante, sauf aux extrémités. Selon le rapport des forces visqueuses et plastiques, l'enduction est régie par un équilibre "seuillo-gravitaire" ou "visco-gravitaire". Nous avons ensuite caractérisé l'écoulement généré dans le bain par le déplacement de la plaque afin d'expliciter l'origine du phénomène d'enduction. Les simulations numériques précisent la forme de cet écoulement. L'étalement horizontal dans un canal à l'aide d'une lame mince conduit au déplacement d'un amas de fluide faiblement cisaillé par rapport à une région de fluide au repos, par l'intermédiaire d'une couche cisaillée. Nous montrons qu'un modèle simple permet de prédire la dynamique de croissance de l'amas et la relie à la force normale à la lameYield stress fluids are used in various industrial processes in which solid tools make them flow. To have a better understanding on how they spread on surfaces, we first studied the vertical coating on a thin plate and then the horizontal blade-coating. Both studies are based on macroscopic measures recording the force applied on the plate and on the microscopic determination on the velocity fields in the fluid by PIV. Numerical simulations based on cone programming, which validity had been confirmed in comparison to our experimental results, specified the flows at stake. In dip-coating, we observed than within our framework, the yield stress fluid deposit on the plate is millimetric and of constant thickness, except on the tips. According to the value of the viscous over plastic forces ratio, the coating is led by a "yield-gravity" or a "visco-gravity" balance. Then, we characterized the flow generated in the bath by the plate displacement in order to clarify the origin of the coating phenomenon. The numerical simulations specified the flow characteristics. The horizontal blade-coating in a channel involves the displacement of a weakly sheared cluster of fluid in relation to a part of fluid at rest, through a sheared layer. We showed that the growing dynamic of the cluster is described with a simple model which links it to the normal force to the plate
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Lecerf, Arnaud. "Développement de la PIV stéréoscopique : Application à l'étude de la propagation de flamme en milieu confiné." Rouen, 2000. http://www.theses.fr/2000ROUES074.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente le développement et l'application d'une méthode de diagnostique optique permettant d'obtenir une cartographie des trois composantes instantanées de vitesse dans un plan. Ce type de diagnostic est destiné à une meilleure compréhension des écoulements fortement instationnaires tels ceux rencontrés dans un contexte industriel (moteur à combustion interne, jet, flamme). Cette méthode est basée sur un principe stéréoscopique d'imagerie qui, par intercorrélation des couples images de particules (PIV), permet d'extraire le déplacement 3D des traceurs de l'écoulement dans un volume limité à l'épaisseur d'une nappe laser. Dans un premier temps, des tests ont été conduits sur des écoulements simples afin de valider notre technique de mesure et l'ensemble de la chaîne développée, dans des conditions réelles d'application. Notre système stéréoscopique défini ainsi, correctement la turbulence d'un écoulement de grille et les grandes structures 3D (écoulement de type swirl) dans une configuration où l'angle de visée est limité. L'application à la propagation de la flamme en milieu confiné montre qu'il est possible d'envisager des études locales sur le comportement des fronts (phénomènes de délocalisation et de convection). La caractérisation d'un écoulement tourbillonnaire de type " tumble " illustre les perspectives dans la compréhension des mouvements 3D de grande échelle d'une structure organisée. Dans ces écoulements rencontrés dans les moteurs, il est clair que le concept de swirl ou de tumble reposant sur des grandeurs moyennes n'est pas acceptable et les bases de données " moyennes " ne peuvent servir à valider les codes de calcul. Il est donc nécessaire de modéliser l'écoulement tourbillonnaire par son intensité, sa forme de structure 3D ainsi que par ses instabilités rencontrées dans chaque cycle individuelThis dissertation presents the development and the application of an optical diagnostic permitting to get an instantaneous cartography of the three components of velocity in a plan. This type of diagnostic is destined to a better understanding of greatly unstationary flows as those met in an industrial context (internal combustion engines, jets, flames). This method is based on a stereoscopic principle of imagery that, by cross-correlation of couples of particle pictures (PIV), permits to extract the 3D displacement of tracers in a flow inside a volume limited by the thickness of a laser sheet. In the first stage, tests have been driven on simple flows in order to validate our measurement technique and the whole developed system in real conditions. Our defined stereoscopic system in a configuration where the angle of view is limited, correctly describes a grid-turbulent flow and the big 3D structures (swirl typeflow). The application to the propagation of flame in a closed medium, showed that it is possible to consider some local studies on the behaviour of flame fronts (phenomena of delocalisation and convection). The characterization of a tumble-type flow illustrates the perspectives in the understanding of 3D movements of large scale organized structure. In turbulent flows met in engines, it is clear that the concept of swirl or tumble based on average measurements is not acceptable and the “average” data bases are not able to validate numerical results. It is therefore necessary to model the turbulent flows through its intensity and 3D structure shape as well as its instabilities met in every individual cycle
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Gomit, Guillaume. "Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : Application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes." Phd thesis, Université de Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01062934.
Full textAbstract:
Le développement de techniques de mesure optiques de surfaces libres permettant la mesure des ondes générées par un modèle de navire en bassin des carènes est proposé dans ce mémoire. Trois méthodes, toutes basées sur un système de prises de vues stéréoscopiques, sont présentées. La première repose sur l'emploi de procédures d'inter-corrélation des images des caméras composant le système de stéréovision. La seconde s'appuie sur la théorie de la réfraction de la lumière au travers de l'interface air/eau. La troisième méthode est basée sur l'identification des projections de faisceaux laser sur la surface libre vue par un système stéréoscopique. Ces méthodes sont appliquées à la mesure du champ de vague autour d'un modèle de navire tracté dans le bassin des carène de l'Institut Pprime et dans un bassin des carènes de grande taille (B600 de la DGA Techniques hydrodynamique) et permettent la reconstruction et l'analyse du sillage. Les principales caractéristiques des champs de vagues et leurs dépendances au nombre de Froude sont étudiées en détail. Afin de compléter l'étude de l'écoulement généré par le modèle de navire, des mesures de PIV stéréoscopique autour de la carène, des mesures spécifiques de la vague d'étrave et des simulations numériques sont réalisées. L'ensemble de ces données permettent l'analyse de champs de vitesse tridimensionnelle proche de la coque et l'identification des caractéristiques du champ de vague de l'étrave jusqu'au champ lointain.
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Jaffar-Bandjee, Mourad. "Pheromone transport in multiscale pectinate antennae." Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4021.
Full textAbstract:
Chez de nombreuses espèces de papillons, les adultes femelles relâchent d’infimes quantités de phéromones sexuelles pour attirer les mâles. Ces quantités sont de l’ordre de la dizaine de nanogrammes et les mâles peuvent les détecter à plusieurs centaines de mètres. Les mâles doivent donc être capables de sentir des concentrations de phéromone très faibles. Cette fonction olfactive est réalisée par les antennes et une des étapes critiques est la capture des molécules dans l’air. C’est un problème de transport de masse qui dépend étroitement de la forme de l’antenne. Une des formes les plus spectaculaires est l’antenne pectinée qui se retrouve dans plusieurs familles de papillons. Ce type d’antenne est aussi considéré plus efficace que les antennes cylindriques pour détecter les phéromones. Nous avons étudié comment la forme des antennes pectinées influence leur efficacité pour capturer les phéromones et nous nous sommes concentrés sur une espèce, Samia cynthia.Une antenne pectinée est un objet multi-échelle. Elle fait 1cm de long et est composée d’une branche principale, le flagellum, qui porte des branches secondaires, les ramis. Chaque rami porte de nombreux poils, les sensilles, qui font 150µm de long et 3µm de diamètre. Les dimensions caractéristiques de l’antenne couvrent donc 4 ordres de grandeur, ce qui rend l’étude des antennes difficile.Pour simplifier le problème, nous avons décomposé l’antenne en deux niveaux : la macrostructure, composée du flagellum et des ramis, et la microstructure, composée d’un rami et de sensilles qu’il porte. Chaque structure a été agrandie et construite par impression 3D. La construction des ramis et des sensilles, qui sont de longs et fins cylindres, a été un challenge.Les antennes pectinées sont des objets perméables, ainsi que les macro- et micro- structures. Ainsi, le flux d’air passe en partie à travers de tels objets et est en partie dévié. La perméabilité est la proportion du flux passant à travers l’objet. Ce paramètre est important car il détermine un limite haute de ce que peut capture l’antenne : les molécules du flux d’air dévié ne peuvent pas être capturées. Nous avons expérimentalement mesuré, par Vélocimétrie à Image de Particule, la perméabilité des macro- et micro- structures à différentes vitesses rencontrées par le papillon dans la nature.Nous avons ensuite calculé la capture de phéromone et l’efficacité de la microstructure en adaptant un modèle de transfert de chaleur à notre problème de transfert de masse. Nous avons montré que l’orientation longitudinale des sensilles est suffisante pour expliquer le phénomène de lentille olfactive qui dit que la partie distale de la sensille capture plus de molécules que la partie basale. Nous avons montré que l’efficacité de l’antenne est limitée par la perméabilité, qui augmente avec la vitesse de l’air, et par la capture locale, qui est la proportion de molécules capturée dans le flux passant à travers l’antenne et qui décroît avec la vitesse. Au final, la microstructure n’a pas un maximum d’efficacité autour d’une valeur de vitesse d’air mais elle est plutôt modérément efficace sur la large plage de vitesses d’air rencontrées par le papillon.Nous avons développé une méthode par le biais de simulations FEM pour combiner les deux niveaux (la macro- et la micro- structures). Cette méthode est basée sur la relation entre le traînée et la perméabilité et nous a permis de déterminer la perméabilité de l’antenne entière. Nous avons ensuite calculé l’efficacité d’une antenne pectinée et l’avons comparée à celle d’une antenne cylindrique. Nous avons trouvé que l’antenne pectinée est une bonne solution pour fortement augmenter la surface de contact entre l’air et l’antenne tout en maintenant une bonne efficacité de capture aux vitesses d’air rencontrées par le papillonIn many moth species, female adults release tiny amounts of sexual pheromone in order to attract male mates and reproduce. The quantity of released pheromone is around a few dozens of nanograms and male moths can detect it a few hundred meters away from females. As a consequence, they must be able to smell very low concentrations of pheromone. This olfactory function is carried out by the antennae. A critical step in the olfactory process is the capture of molecules from the air. This is a mass transport problem which depends heavily on the shape of the antenna. One of the most spectacular shapes, which occurs in several moth families, is the pectinate antenna. This type of antenna is also thought to be more effective at detecting pheromones than cylindrical-shaped ones. In this work, we investigated whether and how the shape of the pectinate antenna influences its efficiency at capturing pheromone molecules. We focused on one species, Samia cynthia.A pectinate antenna is a complex and multi-scale object. It has a length of 1cm and is composed of one main branch, the flagellum, which carries secondary branches, the rami. Each rami supports numerous hairs, the sensilla, which are 150µm long and have a diameter of only 3µm. Thus, the characteristic dimensions of the antenna span over four orders of magnitude, which makes the study of such objects difficult.To simplify our problem, we decided to split the pectinate antenna in two levels: the macrostructure, composed of the flagellum and the rami, and the microstructure, composed of a rami and the sensilla it bears. Both structures were scaled up and fabricated by Additive Manufacturing. The building of the rami and sensilla, which are long and thin cylinders, was a challenge as we reached the limits of the 3D-printers we used.Pectinate antenna are permeable objects, as are the macro-and microstructures. Thus, air flowing in the direction of such objects either passes through the antenna or is deflected around it. Leakiness if the proportion of flow passing through the permeable object. This parameter is important as it sets an upper limit on the pheromone captured by the antenna: molecules carried by the deflected part of the flow cannot be captured. We experimentally determined the leakiness of the macro- and microstructures at several air velocities encountered by a moth in nature using Particle Image Velocimetry.We then calculated the pheromone capture and efficiency of the microstructure by adapting a model of heat transfer to our mass transport problem. We showed that the longitudinal orientation of the sensilla is sufficient to explain the phenomenon of olfactory lens, stating that the tip of the sensilla captures more molecules than the base. We also found that the efficiency of the antenna is limited by both the leakiness of the antenna, which increases with air velocity, and the local capture, which is the proportion of molecules captured in the part of the airflow passing through the antenna and which decreases with air velocity. Eventually, the microstructure does not have a strong maximum efficiency at a specific air velocity but, instead, is moderately efficient over the large range of air velocity encountered by a moth.We developed a method with the help of FEM simulations to combine the two levels (the macrostructure and the microstructure). This method is based on the relation between drag and leakiness and allowed us to determine the leakiness of the entire antenna. We then could calculate the efficiency of the pectinate antenna and compared it with the one of a cylindrical-shaped one. We found that a pectinate design is a good solution to increase the surface contact between the air and the antenna strongly while maintaining a good capture efficiency at the velocities encountered by the moth
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Rigal, Claire. "Comportement de fluides complexes sous écoulement : approche expérimentale par résonance magnétique nucléaire et techniques optiques et simulations numériques." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0091/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est une contribution à la fois expérimentale, théorique et numérique à l'étude des écoulements bidimensionnels de fluides complexes dans une conduite cylindrique présentant des singularités et dans une géométrie annulaire à cylindres excentrés. Le fluide utilisé est une solution de xanthane à différentes concentrations présentant un caractère non newtonien rhéofluidifiant. L'objectif principal de cette thèse est la caractérisation de l'influence des propriétés rhéofluidifiantes sur le comportement des zones de recirculation, en terme de morphologie, de positionnement et d'intensité, par l'utilisation et le développement de techniques de mesures non intrusives et performantes. La première méthode expérimentale utilisée une technique laser classique: la vélocimétrie par images de particules. La seconde technique mise en oeuvre est une méthode originale: la vélocimétrie par imagerie par résonance magnétique. Elle est utilisée pour la première fois au laboratoire pour la mesure de champ de vitesse d'écoulement de fluides complexes en conduite cylindrique, représentant l'intérêt majeur de cette thèse. La première partie de notre travail consiste en une description rhéologique complète de nos fluides modèles avec la détermination de leur loi de comportement et la mise en évidence de leurs propriétés viscoélastiques, par ailleurs négligeables. Par la suite les mesures de champ de vitesse des écoulements bidimensionnels étudiés et la représentation des lignes de courant montrent que les propriétés rhéofluidifiantes influencent très fortement la structure et la morphologie de ces écoulements et le comportement des zones de recirculation. Par une étude fine nous observons qu'il existe une compétition entre les effets d'inertie et les effets rhéofluidifiants induisant un champ de contrainte variable qui modifie le positionnement et la taille de la zone de recirculation. Nous montrons également que l'augmentation du caractère rhéofluidifiant affaiblit son intensité de la zone de recirculation. Enfin, des simulations numériques utilisant la loi de comportement macroscopique déterminée par rhéométrie classique ont été réalisées avec le logiciel Fluent. Une bonne concordance est observée entre les résultats de ces simulations numériques et les expérimentaux. Cette comparaison permet ainsi de valider le code de calcul et la loi de comportement, utilisée pour les simulations numériques au travers de sa modélisation suivant la loi de Cross, pour les écoulements considérésThis thesis is an experimental and numerical study of structured fluids bidimensional flows in a cylindrical pipe with singularity and in an annular geometry with eccentric cylinders. The objective of this thesis is to characterize the influence of the shear thinning properties on the recirculation zones by using efficient and non-intrusive techniques: particle image velocimetry and velocimetry by nuclear magnetic resonance imaging. Materials are xanthane solutions at different concentrations. In the first part, we determine the rheological and viscoelastic properties of the fluids used. The second part concerns the measured velocity field. It is shown that the shear thinning behavior have a strongly influence on the structure and the morphology of these flows and the pattern of the recirculation zones. Simultaneously, numerical simulations performed by Fluent and using the rheological behavior. A good concordance is observed between the experimental and numerical results. For the flows considered here, this comparison allows to validate the computational code and the behavior law used in the numerical simulations and modelling by a Cross model
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Hetru, Laurent. "Etude expérimentale et numérique de l'interaction aérodynamique entre deux profils : application au risque aéronautique du décrochage profond." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4754/document.
Full textAbstract:
Le décrochage profond est un cas particulier du décrochage d’un avion, où l'empennage horizontal est entièrement situé dans le sillage décollé de la voilure principale. Le plan perd ainsi son efficacité, ce qui se traduit par une position d'équilibre en tangage stable, à une incidence élevée, dont il est impossible de sortir par une manœuvre simple. L’objectif de cette étude est de caractériser l’aérodynamique associée à ce phénomène et de proposer une procédure d’identification et de récupération. Il est proposé une démarche visant à déterminer la dynamique bidimensionnelle de l’écoulement autour d’une configuration aéronautique de référence. Les coefficients aérodynamiques, obtenus dans une large plage d’incidence, mettent en évidence l’effet de l’interaction entre les profils sur le décrochage, qui impacte principalement le profil aval. L’analyse des champs de vitesse fournit l’étendue et l’évolution axiale des sillages des profils. Un traitement des champs de vitesse par moyennes de phase permet de reconstruire la dynamique temporelle. À partir de ces résultats, un modèle potentiel de forçage de l’écoulement autour du profil aval permet d’expliquer la modification du coefficient de portance imposé par l’interaction. Des simulations numériques de l’écoulement, qui fournissent des champs résolus en temps, permettent de retrouver certaines évolutions expérimentales. L’ensemble des résultats est utilisé, en parallèle à des données issues d’un aéronef réel, dans un modèle de vol longitudinal afin d’analyser le comportement dynamique de l’avion. Des critères permettant d’identifier la dynamique qui conduit à cet équilibre, fournissent une détection précoce de ce dernierDeep stall is a specific type of airplane stall, in which the horizontal tail is inside the detached wake of the main wing. The tail loses its efficiency, leading to a stable pitching equilibrium position with a high angle-of-attack, without any easy recovery procedure. The aim of the study is to characterize the aerodynamic associated to that phenomenon in order to propose an identification and recovery procedure. The approach consists in a two-dimensional flow characterization based on an aeronautical reference configuration. Aerodynamic coefficients, obtained for a wide range of angles-of-attack, show the interaction between the airfoils on the stall of the downstream airfoil. The analysis of velocity fields gives the width and the axial development of the airfoils wakes. Phase-averages of velocity fields lead to the synthesis of flow time-development. With these results, a potential model of flow forcing on the downstream airfoil explains the lift coefficient alteration imposed by the interaction. Flow numerical simulations, giving time-resolved fields, provide good accordance with experimental developments .The whole set of results is used, concurrently with real aircraft data, inside a longitudinal flight model in order to analyze the airplane dynamical behavior. Criteria for the identification of the dynamic leading to that equilibrium provide a rapid detection of deep stall and the implementation of a recovery strategy
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Podeur, Vincent. "Modélisation expérimentale et numérique du power take-off d’un bassin houlomoteur." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2022. http://www.theses.fr/2022ENTA0005.
Full textAbstract:
Les travaux présentés portent sur l'étude du power take off d'un système houlomoteur. Celui-ci est constitué d'un ensemble de bassins connectés entre eux via des clapets souples assurant une circulation à sens unique. Les mouvements de la plate-forme sur laquelle le système est installé induisent un phénomène de ballottement du fluide présent dans ces bassins. Les vagues ainsi générées viennent alors alimenter une cuve cylindrique dont le fond est percé d'un orifice central. Le fluide injecté dans ce réservoir engendre un écoulement de type tourbillon de vidange, dont l’énergie cinétique est extraite par une turbine à axe vertical. La première phase de ces travaux se concentre sur l'étude expérimentale du tourbillon de vidange en écoulement stationnaire. L'évolution du champ de vitesse dans le bassin, avec et sans turbine, est étudié par particle image velocimetry (PIV). En parallèle, la puissance délivrée par la turbine et la hauteur d'eau dans le bassin sont mesurées. Ces résultats sont utilisés pour définir les hypothèses de départ pour la création d'un modèle numérique. La deuxième phase de ces travaux porte sur l'étude expérimentale du tourbillon de vidange en écoulement instationnaire. Un second dispositif de mesure est spécialement construit et instrumenté. Ce dernier permet de modéliser plus fidèlement l'écoulement rencontré dans le système houlomoteur. La méthode PIV est de nouveau utilisée. La dernière phase des travaux porte sur la modélisation numérique de la turbine à axe vertical. Le modèle développé se fonde sur la théorie des écoulements potentiels et prend en compte les effets 3D. Les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentauxThe present work aims at studying the power take-off of a wave energy converter (WEC). This system is composed of a set of connected tanks. Rubber flaps are installed at tanks inlet and outlet to ensure a one-way flow direction. Thanks to wave induced motions of the supporting platform, sloshing appears inside the WEC tanks which feed a cylindrical basin with a centered drain hole at its bottom. Then, a bathtub vortex flow appears within this tank, where a vertical axis turbine is installed to harvest kinetic energy from the flow. The first phase of this research focuses on studying the steady bathtub flow. To do so, a dedicated experiment is built. Velocity field within the cylindrical basin, with and without the turbine, is studied via Particle Image Velocimetry (PIV). In addition, power production from the turbine and water level inside the tank are measured. These results are used to define starting hypothesis for developing a numerical model of the turbine. The second phase of this research focuses on studying the unsteady bathtub flow. For this purpose, a second experiment is built. This setup provides a more realistic environment, closer to what can be observed with the WEC system. PIV measurements are also used extensively to study the flow with and without the turbine. The last stage of this research focuses on the numerical modelling of the vertical axis turbine. The model is based on the potential flow theory. First, a two-dimensional approach is used to validate the early pieces of the model. Secondly, a three-dimensional approach is adopted to account for more complex flow features. Finally, numerical and experiment results are compared
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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.
Full textAbstract:
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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Mendes, Rafael. "Comportement rhéologique et modélisation des bruts paraffiniques en écoulement instationnaire." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1062/document.
Full textAbstract:
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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Ikhennicheu, Maria. "Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I055/document.
Full textAbstract:
Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennesFrench waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components
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Danlos, Amélie. "Dynamique des jets contrôlés : Application à l'étude du mélange dans des écoulements de jets annulaires à très grand rapport de diamètres." Phd thesis, Université de Rouen, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649177.
Full textAbstract:
Les jets annulaires turbulents sont des écoulements soumis à de fortes instabilités qui peuvent devenir un handicap pour certaines applications industrielles (procédés de fibrage du verre, ventilation individuelle, ventilation opérationnelle, brûleurs, neige de culture ...). Ces écoulements particuliers de jets axisymétriques sont complexes puisqu'ils regroupent des phénomènes de sillage et de mélange. L'objectif de cette étude est de déterminer des méthodes de contrôle de la zone initiale des jets annulaires d'air de très grand rapport de diamètres (r=0,91), pour des nombres de Reynolds élevés (Ree=5130, Ree=2565, Ree=1368, e étant l'épaisseur de l'anneau de jet de 2,565mm), afin de répondre aux attentes des industriels mais aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu dans la formation de l'écoulement. Deux méthodes ont été étudiées. Une voie de contrôle passif par modification de géométrie de l'obstacle central a permis d'agir sur le sillage et de modifier la morphologie du jet. Les jets annulaires basique, conique et sphéroïdal ont été comparés pour obtenir des jets plus efficaces pour certaines applications. Un contrôle actif par forçage acoustique a été appliqué au jet annulaire basique afin de réduire le battement du jet autour de son axe sans modifier la géométrie de la buse. Différents paramètres de forçage (fréquence, position de l'excitation, phase de l'onde) ont été observés pour déterminer une configuration efficace de contrôle des instabilités de l'écoulement. Les méthodes de diagnostic utilisées sont intrusives (anémométrie par fil chaud) ou non intrusives (Tomographie rapide, Vélocimétrie par Images de Particules, Anémométrie Doppler Laser 2D et 3D) et sont complétées par un post-traitement de Décomposition Orthogonales en Modes Propres (P.O.D.) pour analyser les structures cohérentes de l'écoulement et déterminer l'influence du contrôle passif ou actif sur ces structures de différentes échelles. Une Simulation Numérique Directe (D.N.S.) est enfin proposée pour modéliser le contrôle passif des écoulements de jets annulaires turbulents de très grands rapports de diamètres.
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Caudwell, Tobit. "Convection et stratification induites par une paroi chauffante : mesures expérimentales et modélisations." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAU022/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à l'écoulement convectif induit par une paroi chauffante isotherme. La couche limite turbulente qui s'établit le long de celle-ci s'apparente à un panache, bien que les conditions de paroi en modifient significativement certaines caractéristiques typiques. Dans l'étude présentée, l'environnement est un milieu clos. Puisque le fluide de moindre densité s'accumule dans la partie haute de l'enceinte, une stratification en température s'établit. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui entrent en jeu dans ce type de panache et son interaction avec le fluide ambiant, nous déployons une approche à la fois expérimentale et théorique. Sur le plan expérimental, une technique combinant Velocimétrie par Images de Particules (PIV) et Fluorescence Induite par Laser (LIF) est mise au point, et permet d'acquérir simultanément la vitesse et la température du fluide dans un plan de mesure qui couvre l'ensemble de l'écoulement. Sur le plan théorique, un modèle numérique mono-dimensionnel est développé. Il est basé sur la théorie d'entraînement de Morton et al (1956) pour la partie turbulente du panache, et tient compte de son caractère laminaire initial grâce à des solutions de similarité. Les comparaisons détaillées entre ce modèle et les résultats expérimentaux montrent les limites des modèles classiques et la pertinence des améliorations introduites. Nous évaluons notamment la contribution de la portion laminaire, et mettons en évidence le fait que le coefficient d'entraînement varie en fonction de la stratification ambianteThis thesis focuses on the convective flow induced by a heated isotherm wall. A turbulent boundary layer develops along this wall, and resembles to a plume unlike its typical characterics are significantly modified by the boundary condition at the wall. In this study the environment is a closed box in which the lighter fluid continuously accumulates in the upper part, thus producing a temperature stratification in the interior. In order to better understand the dynamics of such a plume as well as its interaction with the ambient fluid, we deploy an approach that is both experimental and theoretical. Concerning the experiments, we developed a technique which combines Particle Image Velocimetry (PIV) with Laser Induced Fluorescence (LIF). This technique allows to simultaneously acquire the velocity and the temperature of the fluid in a plane which covers the entire flow. As concerning the theory, a one-dimensional numerical model is developed. It is based on the entrainment theory by Morton et al (1956) as for the turbulent part of the plume, and it takes into account the initial laminar character of the plume thanks to similarity solutions. The detailed comparisons between this model and the experimental results show the limits of the classical models and the relevance of the introduced improvements. In particular we evaluate the contribution of the laminar part and we highlight that the entrainment coefficient varies as a function of the ambient stratification
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Galati, Chiara. "Experimental and numerical study of flow distribution in compact plate heat exchangers." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19928/1/GALATI_Chiara.pdf.
Full textAbstract:
This PhD work was motivated by the CEA R&D program to provide solid technological basis for the use of Brayton power conversion system in Sodium-cooled Fast nuclear Reactors (SFRs). Multi-channel compact heat exchangers are necessary for the present application because of the low heat transfer capacity of the gas foreseen. In ASTRID project, a minimum size of Na channels section is required to avoid the plugging risk. However, this induces very low pressure losses in the bundle. Considering an additional inlet flow condition, a real risk of bad flow distribution remains. As a result, the thermal performance and thermal loading of the heat exchanger degrades due to it. The main goal of this work was to overcome the flow maldistribution problem by means of an innovative design of sodium distribution system (PATENT FR1657543), the development of a numerical strategy and the construction of an experimental database to validate all theoretical studies. The innovative sodium distribution system consists on an inlet header which tries to guide the evolution of the impinging jet flow while a system of bifurcating pre-distribution channels increases pressure drops in the bundle. Lateral communications between pre-distribution channels are introduced to further homogenize the flow. Two experimental facilities have been conceived to study the flow behavior in bifurcating channels and in the inlet header, respectively. At the same time, their effect on the flow distribution between channels is evaluated. The acquired PIV aerodynamic database allows to validate the numerical models and to prove the design basis for the proposed distribution system. Once having validated the CFD turbulence models and the strategy to study the flow maldistribution in the SGHE module, a decisive and trustworthy optimization of each component of the sodium distribution system has been performed. Finally, an optimal configuration has been proposed for the actual phase of ASTRID project.
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Seguin, Antoine. "De la pénétration en milieu granulaire." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00727081.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail réside dans la compréhension de la force sur un objet pénétrant un milieu granulaire. À partir de mesures de forces sur un cylindre en pénétration à vitesse constante, nous avons caractérisé cette force qui est indépendante de la vitesse imposée, proportionnelle au diamètre du cylindre et varie non-linéairement avec la taille des grains. En complément, nous avons mesuré le champ de vitesse des grains : celui-ci est stationnaire et l'écoulement est incompressible. On observe une localisation du cisaillement dans une zone proche du cylindre avec une dépendance spatiale exponentielle gouvernée par le diamètre du cylindre. Un modèle hydrodynamique s'appuyant sur la théorie cinétique étendue aux régimes d'écoulements denses reproduit correctement cette localisation et fournit des lois d'échelles pour la force similaires aux résultats expérimentaux. En dé finissant un nombre de Reynolds granulaire, nous avons montré que ce régime est l'équivalent d'un régime visqueux de Stokes à petit nombre de Reynolds. Il existe une transition vers un autre régime à grand Reynolds où les pro fils de vitesses perdent leur symétrie amont-aval et la force change sans doute d'expression. Enfin, le cas de l'impact d'un projectile où ces deux régimes existent successivement a aussi été étudié expérimentalement et numériquement. L'existence d'un terme supplémentaire de force proportionnelle au carré de la vitesse est sans doute issue du régime à grand Reynolds. Les deux termes donnent lieu à deux temps caractéristiques dont le temps d'arrêt est fonction et à l'origine d'un temps d'arrêt plus court pour une vitesse d'impact plus grande.
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Hussein, Yasser. "Analyse de champs de vitesse par FTLE à partir de la méthode des moments : validation théorique et expérimentale." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0009/document.
Full textAbstract:
Avec le développement de la technologie, les mesures des champs de vitesse instationnaire sont disponibles maintenant. Il s'en suit une augmentation de l'intérêt de l'analyse lagrangienne des données. Un outil central pour analyser les écoulements est l'exposant de Lyapunov à temps fini (FTLE). Il permet d’identifier les structures cohérentes lagrangiennes LCS qui apparaissent comme des crêtes du champ de FTLE. Les LCS sont des quasi barrières de transport et séparent le domaine fluide en régions aux propriétés dynamiques différentes. Cependant, la méthodologie de calcul actuelle des FTLE exige l'évaluation numérique d'un grand nombre de trajectoires de particules fluides sur un maillage cartésien ou adaptatif qui est superposé aux champs de vitesses simulées ou mesurées.Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle méthode de calcul du champ de l'exposant de Lyapunov à temps fini FTLE. Pour cela, nous utilisons la méthode des moments d'ordre 2 qui permet d'évaluer au cours du temps la dispersion des particules distribuées uniformément dans un domaine circulaire ou elliptique. Nous appelons ce nouveau champ scalaire, champ de M-FTLE. Nous validons cette approche, théoriquement en tout point du domaine fluide en comparant M-FTLE et FTLE et aussi en faisant la comparaison sur des exemples classiques (champ de vitesse linéaire, circulaire ou hyperbolique) et sur un exemple numérique (champ de vitesse du double gyre). Cette méthode est alors appliquée sur des données expérimentales du champ de vitesse du mascaret, obtenues au sein l'institut 'Pprime' par vélocimétrie par image de particules PIVWith the development of technology, instantaneous flow fields coming from experiments or numerical simulation are available now. It has been followed by a rise of interest for the Lagrangian analysis of such data. One central tool to analyze the flow fields is the Finite Time Lyapunov Exponent (FTLE). It allows to the identify of the Lagrangian Coherent Structures (LCS) which appear as ridges in the FTLE fields. The LCS are quasi transport bareers and separatte the fluid domain into regions which have different dynamic properties. However, the computation methodology currently used in order to obtain the FTLE requires numerical evalution of a large number of fluid particle trajectories on cartesian or adaptive meshes that are superimposed on the original data grid.In this thesis, we propose a new method for calculating the Finite Time Lyapunov Exponent FTLE fields. For this, we use the method of second-order moments which allows to evaluate over time the dispersion of particles uniformly distributed in a circular or elliptical domain. We call this new scalar field, the M-FTLE field. We validate this approach theoretically, at every point of the fluid domain by comparing FTLE and M-FTLE and also by the comparison of the classic examples (linear velocity field, circular and hyperbolic) and a numerical example (velocity field of double gyre). This method is then applied on experimental measurements of tidal bore velocity fields, obtained within the institute 'Pprime' by using a measurement technique called particle image velocimetry (PIV)
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Jessen, Werneck de Almeida Martins Fabio. "Caractérisation des écoulements turbulents à proximité d'une paroi par PIV tomographique." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0011/document.
Full textAbstract:
L'étude fondamentale des structures turbulentes proche paroi est d'une significative importance en raison de son rôle dominant dans nombreuses applications d'ingénierie. Dans les écoulements turbulents, structures d'échelles différentes interagissent dans un phénomène complexe caractérisé par un processus autonome et continu. Bien que la présence de modèles de mouvements cohérents semble entretenir la turbulence, l'évolution et l'interaction de ces structures ne sont pas encore complètement compris. Pour analyser ces phénomènes, études d’ecoulements turbulents à proximité de paróis ont été effectuées sur une plaque plane dans une soufflerie et à l'intérieur d'un canal carré d'eau. Ce travail a employé une technique tomographique de vélocimétrie par images de particules pour mesurer de champs de vitesse tridimensionnel. Le traitement des données a été optimisé afin d'améliorer la précision des champs de vecteurs mesurés. Les mesures réalisées ont permis d’obtenir des statistiques conditionnelles des structures cohérentes, à savoir, les régions à faible et à grande vitesse, les "sweeps", les "ejections" et les tourbillons. Les résultats quantitatifs ont montré des structures tourbillonnaires distribués sur tout le flux, cependant, concentrée au voisinage des régions à faible vitesse et des "ejections". Les résultats ont indiqué que les structures tourbillonnaires étaient indirectement corrélés avec le processus de production de la turbulence, bien qu'ils ont été les principaux responsables de la dissipation d'énergie turbulenteThe fundamental study of turbulent structures near a wall is of significant importance due to its dominant role in innumerous engineering applications. In turbulent flows, eddies of different scales interact with each other in a complex phenomenon of a continuous self-sustaining process. Although the presence of patterns of coherent motion seem to be responsible for the maintenance of turbulence, the evolution and the interaction of these structures are still not completely understood. To investigate such phenomena, near-wall turbulent flows over a smooth flat plate in a wind tunnel and inside a square water channel were conducted. The present work employed a high-repetition tomographic PIV technique to measure three dimensional, time-resolved velocity fields. The tomo-PIV processing was optimized in order to improve the algorithm performance and the vector fields accuracy. Conditional statistics of coherent structures, namely, low- and high-speed regions, sweeps, ejections and vortices, were computed, providing quantitative characteristics of these structures. The statistical analyses were performed employing a data post-processing code specially developed for the present work. Results showed vortical structures spread all over the flow, nevertheless, concentrated close to low-speed regions and ejections. Results indicated that vortical structures were indirectly correlated with the process of turbulence production, although they were the main responsible for the turbulent energy dissipation
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Gaurier, Benoît. "Etude expérimentale des performances d'une hydrolienne, soumise aux effets de la turbulence et de l'intéraction houle-courant." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMLH11.
Full textAbstract:
Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l’extraction de l’énergie des courants marins par des hydroliennes se doit d’intégrer le mix énergétique de demain. Ces machines étant confrontées à un environnement marin difficile, il est nécessaire de connaître leur comportement dans des conditions de fonctionnement réaliste pour garantir une utilisation optimale. Dans ces travaux, les performances d’une hydrolienne sont étudiées, quand la machine est soumise à un courant turbulent ou aux effets combinés de la houle et du courant. La représentation physique des essais à échelle réduite est d’abord abordée, en se focalisant sur la caractérisation de l’écoulement incident et ses effets sur une maquette d’hydrolienne à l’échelle 1/20. La position et le type de mesure de la vitesse amont sont discutés afin de définir avec précision ses performances et sa réponse temporelle et spectrale. Ces éléments sont essentiels dans la définition des standards de certification des modélisations expérimentales. La représentation de variations bathymétriques permet de générer des écoulements turbulents, caractérisés par le passage de structures tourbillonnaires de la taille du rotor. La réponse de la machine est déterminée de manière globale et locale, pour plusieurs positions relatives de la machine par rapport aux obstacles. Les effets combinés de la houle et du courant sur le comportement de la machine sont étudiés à partir de résultats de mesures obtenues dans trois infrastructures d’essais. Des différences significatives entre les bassins apparaissent et une discussion sur leur origine est menéeIn the context of global warming, the extraction of energy by tidal turbines from marine currents must be integrated into the future energetic mix. Being confronted with a difficult marine environment, it is required to know the turbines’ behaviour when they are submitted to realistic solicitations to guarantee an optimal use. In this work, the marine turbine performance is studied when the machine is submitted to a turbulent current or a combined wave-current effect. The physical representation of trials at reduced scale is first described focusing on the incoming flow characterisation and its effects on a turbine model at 1:20 scale. The locationand measurement type of the upstream velocity are discussed to accurately define its performance and its temporal and spectral response. Such parameters are essential in the definition of certification standards for experimental modelling. The bathymetric variation representation enables turbulent flow to be generated. They are mainly characterized by large eddies with a size corresponding to the rotor. The turbine response is determined in a global and local way for many relative turbine locations versus the obstacles. The combined wave and current effects on the turbine behaviour are studied from measurement results carried out in three facilities. Significant differences between the tanks appear and a discussion on their origin is proposed
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Brahami, Yacine. "Mélange à scalaire actif dans les écoulements de jets turbulents." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR093.
Full textAbstract:
Le mélange de scalaire actif, qui implique une rétroaction du champ scalaire sur les champs de vitesses, a attiré beaucoup moins d’attention dans la littérature que le mélange du scalaire passif où le champ scalaire se laisse transporter cinématiquement par le champ de vitesse. Dans cette thèse, nous nous intéressons à quelques questions ouvertes au sujet du mélange de scalaire actif. En particulier, on observe une accélération de la transition vers la turbulence pour : un jet léger, et un jet plus visqueux, par rapport au fluide hôte. Nous abordons deux types d’écoulements : I. Jet rond à masse volumique variable : Nous avons conçu et réalisé une expérience permettant la mesure simultanée des champs de vitesses et scalaire dans le champ très proche d’un jet rond à masse volumique variable. Nous utilisons la Vélocimétrie par Images de Particules Stéréoscopique, couplée à la Fluorescence Induite par Laser Planaire. La première question consiste à connaître l’influence des variations de masse volumique sur les toutes premières structures qui apparaissent après l’injection. La seconde question concerne le transfert d’énergie dans l’écoulement. Nous utilisons une approche statistique en deux-points, et analysons les transferts d’énergie et de variance du scalaire dans l’espace des échelles. Enfin, le mélange est quantifié par une approche de statistiques conditionnées à la périphérie du jet, au voisinage de l’Interface Turbulent/Non-Turbulent. Cette méthode révèle des informations qui sont inaccessibles par des moyennes dans un repère de coordonnées cylindriques classique. II. Jet plan temporel à viscosité et diffusivité massique variables : Nous utilisons des données de Simulations Numériques Directes, produites par le Dr. M. Gauding au sein de notre groupe. Le but de ces simulations est d’étudier l’influence de la variation de viscosité et de la diffusivité de masse sur les taux de dissipation de l’énergie cinétique et du scalaire. Pour traiter cette question, nous utilisons une approche de statistiques conditionnées à l’Interface Turbulent/Non-Turbulent. Dans cette région de l’écoulement, nous évaluons le bilan en un point de l’amplitude du vecteur gradient du scalaire, ainsi que le bilan en deux points de la fonction de structure d’ordre deux du scalaire. Nous montrons que les inhomogénéités initiales du scalaire actif ont un effet intense et persistant sur le mélange dans le voisinage de l’Interface Turbulent/Non-Turbulent, et ceci même tard, dans le régime auto-similaire du jetActive scalar mixing, which modifies the velocity field through variations of either density or viscosity, received much less attention than passive scalars. This thesis aims at unravelling some open questions pertaining to active scalar mixing. Whilst some results point to the facts that mixing occurs faster for i) light jets than for heavy jets, and ii) more viscous fluid released in a less viscous environment. This simple example reveals the necessity of a systematic study of the problem. We focus on two aspects of these very vast questions. I. Variable density round jet. We designed an experimental set-up, which allows measuring both velocity and scalar fields, using simultaneous Stereo Particle Image Velocimetry and Planar Laser Induced Fluorescence. The first question concerns mixing immediately after injection. Therefore, the very near field of the jet was particularly sought. One-point statistics were used to evaluate the large-scale effect of momentum and density variations on the initiation of turbulence. Also, two-point turbulent statistics for velocity and scalar have been appraised. Through this approach, the effects on transition were assessed through scales of turbulent motion. Mixing was also evaluated at the edge of the flow, in the vicinity of the Turbulent/Non-Turbulent Interface. We found additional specificity to variable density mixing, that is inaccessible by averaging on a cylindrical frame of reference. II. Temporally evolving turbulent jet flow with variable viscosity and mass diffusivity. The data consists in Direct Numerical Simulation performed in our group by Dr. M. Gauding. The purpose of these simulations is to study the kinetic energy and scalar dissipation rates in flows with variable momentum and mass diffusivities. We focused on conditional averaging in the vicinity of Turbulent/Non-Turbulent Interface. This data is confronted to one-and-two point transport equations for the momentum and scalar. It is shown that initial gradients of both viscosity and mass diffusivity have an intense and persistent impact on both kinetic energy and scalar dissipation rates, in the vicinity of the Turbulent/Non-Turbulent Interface, albeit a rapidly trend of the jet core towards self-preservation
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Germain, Florent. "Fluorescence plane induite par laser appliquée à l'étude d'un écoulement de convection mixte - Caractérisation et simulation." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015ESMA0006/document.
Full textAbstract:
La métrologie non-intrusive est une composante essentielle de la recherche expérimentale en mécanique des fluides. La connaissance instantanée des champs de vitesse et de température apportent des informations essentielles à la compréhension des phénomènes instationnaires aérothermiques. Toutefois, si les mesures de vitesses sont aisément réalisées, l’obtention de champs de température s’avère plus complexe. L’une des voies étudiées pour y parvenir estla Fluorescence Plane Induite par LASER, ou PLIF. Son principe repose sur l’acquisition de signaux lumineux de fluorescence, dépendants de la température, consécutifs à l’excitation du milieu par un faisceau LASER intense. En particulier, la PLIF acétone à deux longueurs d’onde emploie l’acétone comme traceur fluorescent et deux LASER comme source d’excitation pour s’affranchir de la dépendance en concentration en acétone. Toutefois, selon la longueur d’onde,l’énergie LASER ou la gamme de température explorée, la PLIF-2λ peut s’avérer difficile à mettre en oeuvre du fait d’un manque de sensibilité, lié à un signal de fluorescence trop faible.Dès lors, plusieurs étapes correctives visant à améliorer le rapport signal-sur-bruit peuvent être mises en oeuvre. Le présent travail s’intéresse ainsi à déterminer la pertinence de cette méthode métrologique dans la qualification aérothermique d’un écoulement de convection mixte autour d’un cylindre chauffé, en couplant la PLIF-2λ à la Vélocimétrie par Imagerie de Particules(PIV). Le montage expérimental est détaillé, ainsi que les processus correctifs et l’étalonnage mis en place pour la PLIF. Les résultats expérimentaux sur le cylindre chauffé sont ensuite présentés et comparés aux travaux de la littérature, puis un modèle de la fluorescence et des caméras employées est élaboré pour permettre d’estimer la précision atteignable en pratique selon la longueur d’onde, l’énergie LASER, la concentration et les caméras, et ainsi rendre possible la présélection des équipements nécessaires aux travaux futursNon-intrusive metrology is essential in experimental fluid mechanics experiments. In particular, simultaneous acquisition of instantaneous velocity and temperature fields offers valuable insights in instationnary aerothermal behaviours. However, if instantaneous velocity fields can be acquired quite easily using the Particles Image Velocimetry technic (PIV), instantaneous temperature fields are much more complex to obtain. Plannar Laser Induced Fluorescence (PLIF) is one of the technics allowing such a measurement. The emitted LASER light induces excitation of acetone molecules, the tracer in the studied air flow. Then, the fluorescence following de-excitation, which is temperature-dependant, is recorded. In particular, 2 λ-PLIF uses dual wavelength LASER excitation to remove acetone concentration dependency in the measurement. Yet, depending of the wavelengths, the LASER energy or the temperature range investigated, using 2 λ-PLIF can be difficult due to a very low temperature sensitivity and very dim fluorescence. To solve those issues and improve signal-to-noise ratio, acquired images can be corrected according to different parameters in an interative process. Present work is dedicated to evaluate efficiency of corrected 2 λ-PLIF applied to the study of a mixed convection flow around a heated cylinder in the 20-300 C temperature range. The goal is to obtain aerothermal qualification of the flow thanks to simultaneous 2 λ-PLIF and PIV. In the present work, experimental bench is detailled as well as the calibrating and correcting process of the 2 λ-PLIF. Then, experimental results are discussed and confronted to results from litterature. Finally, a model of the fluorescence and camera-generated noise is discussed and used to generate simulated fluroescence images and determine the impact of all parameters (wavelengths, LASER energy, acetone concentration and camera intensification gain) on the measurement precision and thus enable adequate choice of equipments for next experiments
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Depardon, Sébastien. "Analyse topologique d'écoulements complexes : utilisation de la vélocimétrie par imagerie de particules pour une approche quantitative." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2280.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'analyse topologique d'écoulements autour de corps 3D. Elle présente une étude de la topologie pariétale pour le cas académique de l'écoulement autour d'un cube posé sur paroi. La PIV rasante permet pour cela de concilier les avantages des approches globales qualitatives, et ceux des approches quantitatives des décollements 3 D. Une procédure d'extrapolation de la structure topologique d'écoulements moyens à partir d'empreintes pariétales complexes est proposée. Un outil des post-traitements des champs PIV instantanés est mis en place. Cette approche, basée sur un filtrage POD, des algorithmes automatisés de détection des points singuliers et de classification des topologies associées, permet d'extraire une dynamique globale d'écoulement à partir de données non résolues dans le temps. Enfin une application industrielle avec une maquette échelle 1/4 de véhicule permet d'aborder non seulement l'extrapolation de la structure 3D de l'écoulement à partir de l'empreinte pariétale PIV, mais également le lien entre cette dernière et la répartition de pression pariétale moyenne (i. E. Les efforts aérodynamiques)This thesis presents a topological analysis of 3-D bluff body flows. The skin-friction pattern topology around a wall-mounted cube is studied. Near-wall PIV is a valuable tool for this purpose, conbining the advantages of both global/qualitative and analytical/quantitative approaches of 3D separation. The 3D mean flow topology is extrapolated from an iterative analysis of the shear-stress pattern. A post-processing strategy of instantaneous velocity fields is also presented. Based on POD, automated critical point detection and topology classification algorithms, it enables to extract large scale dynamic behaviors of the flow from insufficiently time-resolved datasets. These methods are then applied to an industrial case : the analysis of the flow around a 1/4 scale car model. Not only is the extrapolation of the 3D flow structure from near-wall PIV data addressed, but also the link between near-wall topology and the wall-pressure distribution (i. E. Aerodynamic forces)
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Betting, Benjamin. "Etudes Expérimentales et lois prédictives des foyers d'incendies." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR054/document.
Full textAbstract:
Chaque année en France, les feux de compartiments donnent lieu à plus de 88 000 interventions impliquant plus de 15 000 personnes dont plusieurs centaines de décès et de blessés graves. Aujourd’hui, lors de ces feux, les prises de décision et les délais d’intervention des équipes de secours sont principalement basés sur des décisions humaines, fruits de l'expérience. Une connaissance parfaite de la situation, de son évolution dans le temps et des dangers qui peuvent apparaître est impossible. C’est en partie la cause majeure des mauvais chiffres répertoriés ci-dessus. En effet, les processus physicochimiques qui régissent les feux de compartiments et les situations collatérales extrêmement réactives et dangereuses sont complexes. La transition entre un feu localisé et un feu généralisé peut prendre plusieurs formes. L'un des vecteurs les plus importants dans la propagation de la combustion pour les feux de compartiments sont les fumées, du fait de leur température élevée (souvent supérieure à 600°C) et des quantités importantes d’énergie, sous forme de chaleur, qu'elles contiennent. Malgré leur extrême dangerosité, les fumées restent importantes à étudier car elles véhiculent de précieuses informations, notamment sur l’apparition de phénomènes thermiques redoutés par les pompiers. Afin de mener cette étude, une cellule expérimentale composé de deux containers maritimes a été installée sur le site de formation incendie des sapeurs-pompiers de Seine-Maritime. Cette plateforme va permettre, grâce à un brûleur alimenté en propane, de produire des fumées chaudes dans uneconfiguration dite « feu réel ». Elles seront analysées en partie grâce à une technique de mesure non intrusive, la PIV. Les mesures par PIV grands champs seront comparées à des simulations LES de l’expérience (FDS). La double compétence (numérique / expérimentale) est essentielle dans ce type d’étude où les données expérimentales souffrent d’un manque de résolution (spatiale et temporelle) mais pour autant représentent des informations nécessaires à la validation des codesEach year in France, compartment fires result in more than 88,000 interventions involving more than 15,000 people, including several hundred deaths and serious injuries. Today, during fire compartments, the decision-making of the rescue teams is mainly based on human decisions, as a result of the accumulated experience. However, a perfect knowledge of the situation, its evolution over time and the dangers that may appear is impossible. Therefore, studying the fumes is of major interest. Indeed, smoke remains important to study because it conveys valuable information, especially on the appearance of thermal phenomena feared by firemen. In order to carry out this study, an experimental cell made up of two maritime containers was installed on the site of the Seine-Maritime fire brigade fire training. This platform will produce hot smokes in a configuration called "real fire" thanks to a propane burner. In this study, the smoke dynamics in a large scale experimental setup is analyzed using a non-intrusive measurement technique such as PIV (Particle Image Velocity). All the performed measurements are compared with LES (Large Eddy Simulation) simulations of the experiment using Fire Dynamics Simulator (FDS). The double expertise (numerical / experimental) is essential in this type of study where the experimental data suffer from a lack of resolution (spatial and temporal) but nevertheless represents an important source of information necessary for the validation of the codes
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Nguyên, Van Tuê. "Calcul de pression et d'efforts sur un profil en mouvement : application aux systèmes de récupération d'énergie." Thesis, Poitiers, 2017. http://www.theses.fr/2017POIT2263/document.
Full textAbstract:
La détermination du champ de pression dans un écoulement et/ou des efforts sur un profil en mouvement à partir de mesures de vitesses effectuées dans le milieu fluide est une problématique actuelle qui intéresse de nombreux domaines de recherche en mécanique des fluides. On pourrait citer en particulier, les systèmes de récupération d'énergie (éolienne, hydrolienne) ou bien les systèmes de contrôle optimal d'aubes de guidage de turbine, etc…Dans ce mémoire, nous apportons notre contribution à ce problème en proposant dans un premier temps, une méthode originale qui permet, à partir de champs de vitesses instationnaires obtenus par mesure optiques PIV, d'approcher ces champs dans l'ensemble du milieu (profil inclus) en utilisant la théorie des polynômes orthogonaux de Legendre. L'équation de Navier-Stokes permet alors d'obtenir des gradients de pression polynomiaux dans l'ensemble du milieu fluide et de pouvoir ainsi calculer le champ de pression dans l'écoulement et ensuite, en utilisant l'équation de bilan de mouvement dans un domaine de référence judicieusement choisi, de déterminer les efforts sur un profil mobile en oscillation. Cette méthode est alors validée sur un profil fixe à partir de données simulées numériquement et de données expérimentales.Dans un deuxième temps, après une série de mesures optiques PIV sur un profil NACA0015 soumis à différents types d'oscillations, nous appliquons la méthode décrite précédemment pour reconstruire les champs de pressions instationnaires et évaluer les efforts instantanées et moyens sur le profil. L'étude d'un certain nombres de plages de fréquences et d'amplitudes permet de comparer nos résultats, pour la recherche d'une meilleure efficacitéThe determination of the pressure field in a flow and/or forces on a moving profile from measurements of velocities carried out in the fluid is a current problem that is of interest to many domains of research in fluid mechanics like the energy recovery systems (wind, hydro) or the speed control of hydraulic turbines, etc…In this PhD thesis, we make a contribution to this problem by initially proposing an original method which allows us to approach unsteady velocity fields in the whole of the flow obtained by PIV optical measurements (including the profile) using Legendre's orthogonal polynomial theory. The Navier-Stokes equations then make it possible to obtain polynomial pressure gradients in the whole of the fluid and thus to be able to calculate the pressure field in the flow by using the momentum balance equation in a judiciously chosen reference range, to determine the forces on an oscillating mobile profile. This method is then validated on a fixed profile using numerically simulated data and experimental data.In a second step, from series of flow PIV measurements on a NACA0015 profile subjected to different types of oscillations, we apply the method described above to reconstruct the unsteady pressure fields and to evaluate the instantaneous and average forces on the profile. The study of a certain number of ranges of frequencies and amplitudes makes it possible to compare our results, in order to seek a better efficiency
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Beaudet, Laurent. "Étude expérimentale et numérique du décrochage dynamique sur une éolienne à axe vertical de forte solidité." Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2271/document.
Full textAbstract:
L'éolienne Darrieus connaît un intérêt accru ces dernières années parce qu'elle représente une solution alternative potentielle de production d'électricité dans les milieux urbains. En particulier,une éolienne de forte solidité peut être choisie car certaines de ses propriétés peuvent être avantageuses pour son implantation proche de zones habitées. A l'inverse, certaines difficultés aérodynamiques émergent. Ce type d'éolienne fonctionne à de faibles vitesses réduites pour lesquelles le décrochage dynamique a un rôle très significatif. L'objectif de ce travail de thèse consiste à compléter la connaissance du phénomène de décrochage dynamique sur une éolienne à axe vertical afin d'améliorer les modèles numériques de prédiction existants. Cette étude s'appuie sur une analyse combinée de résultats numériques et expérimentaux. Les simulations numériques sont produites avec une méthode des panneaux bidimensionnelle instationnaire. Les effets de la viscosité sont introduits par des corrections utilisant notamment un modèle semi-empirique de décrochage dynamique. Le travail expérimental s'est concentrée sur la dynamique tourbillonnaire à proximité immédiate du rotor résultante du décrochage dynamique. Le montage se compose d'une éolienne à pale droite placée dans une soufflerie. Des mesures instationnaires de la répartition de pression pariétale le long de la corde et des mesures de champ de vitesse par vélocimétrie par images de particules ont été accomplies. Les résultats révèlent la manière dont les caractéristiques du décrochage dynamique sont conditionnées par la vitesse réduite. Le retard au décrochage, l'intensité de l'effet du tourbillon de décrochage dynamique et sa convection ont été quantifiés. Enfin, un examen critique de l'applicabilité du modèle de Leishman-Beddoes pour simuler efficacement les effets du décrochage dynamique a été réaliséThe Darrieus wind turbine has entered a period of renewed interest over the last years because it may stand for an alternative solution to produce electricity in urban areas. In particular, high solidity wind turbine can be chosen to take benefit from some of its key properties for use near populated city areas. Conversely, some aerodynamic problems arise. This type of wind turbine operates at low tip speed ratio for which dynamic stall has a very significant role. The goal of this work is to provide valuable data to complement the knowledge of the dynamic stall phenomenon that occurs on a vertical axis wind turbine in order to improve existing numerical models. This study relies on a combined analysis of numerical and experimental results. The numerical simulations are based on a bidimensional unsteady vortex panel method. Effects of viscosity are introduced by adding corrections computed with a semi-empirical dynamic stall model. The experimental work focuses on the dynamics of the shed vortices existing in the vicinity of the rotor as a result of dynamic stall. The set-up consists of a straight-bladed wind turbine tested in a wind tunnel. Unsteady pressure distribution measurements along the chord and velocity fields measurements by particle image velocimetry were carried out. Results indicate how the characteristics of dynamic stall are conditioned by the tip speed ratio. Stall inception delay, magnitude of the dynamic stall vortex effects and its convection velocity were evaluated. Blade/Vortex interaction was analyzed through the observation of the vortical system downstream of the rotor. In addition, a critical review of the suitability of the Leishman-Beddoes model to effectively simulate the effects of dynamic stall was accomplished
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Paisant, Jean-Francois. "Modélisation numérique et validation expérimentale de l'hydrodynamique d'une émulsion dans une colonne d'extraction." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066453/document.
Full textAbstract:
Au sein des opérations de retraitement du combustible usé, la colonne pulsée à garnissage est l'appareil d'extraction liquide-liquide principalement utilisé. Dans un contexte de compétitivité économique et de raréfaction des ressources, l'efficacité de ces appareils est devenue un enjeu pour l'industriel. Afin d'améliorer leur rendement à travers un meilleur dimensionnement, la connaissance de la vitesse de glissement entre les phases de l'émulsion est nécessaire.Les travaux menés et présentés dans ce manuscrit s'articulent autour de la modélisation physique et numérique de l'hydrodynamique de l'émulsion ainsi que de sa caractérisation expérimentale.Dans ce travail, une modélisation d'approche eulérienne, inspirée des travaux de D. Lhuillier, permet l'obtention d'un modèle bi-fluide couplé à une équation d'évolution de la surface d'échange (aire interfaciale). La résolution du modèle s'effectue par éléments finis sous le logiciel CAST3M. A l'issue des calculs, le modèle montre sa capacité à restituer le comportement de l'émulsion et permet l'obtention des vitesses de glissement. Dans une optique de validation expérimentale du modèle, des expérimentations sur deux installations sont menées. Celles-ci font notamment intervenir un couplage entre les méthodes de vélocimétrie par image de particules et de fluorescence induite par laser afin d'obtenir les vitesses de chaque phases et le taux de rétention de la phase dispersée. Un algorithme de détection et de suivi de gouttes est développé afin d'obtenir la vitesse de la phase dispersée et sa fraction volumique. La confrontation de ces aux résultats numériques permet une première qualification encourageante du modèleIn the core of spent fuel reprocessing operations, the pulsed columns with packing are the liquid-liquid extraction apparati mainly used. The context of economical competiveness and scarce resources, industrials are driven to improve the efficiency of these processes. Pulsed column efficiency is bound to the amount of available exchange surface, which depends on geometrical parameters of the column and the operating conditions. A better design would improve the efficiency. In this aim the knowledge of the interphase slip velocity is necessary. The work presented in this thesis revolves around physical and numerical modelling of the hydrodynamics of the emulsion and its experimental characterization.In this work, a eulerian approach, based on the work of D.Lhuillier, allows to obtain a two-fluid model coupled with an evolution equation of the exchange surface (interfacial area). We use finite elements method to solve this model along with CAST3M software. Numerical simulations have shown the model abilities to correctly reproduce the emulsion behaviour and to obtain the slip velocity.In order to experimentally validate the model, we carried out two types of experimentation. Particles images velocimetry coupled to laser induced fluorescence are involved to obtain velocities of each phases and the dispersed phase volume fraction. We developed a tracking algorithm to obtain the dispersed phase velocity and the hold up. These results, such as velocities and strain rate tensor, have been used in a first validation of the model
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Hamdi, Jana. "Reconstruction volumique d’un jet impactant une surface fendue à partir de champs cinématiques obtenus par PIV stéréoscopique." Thesis, La Rochelle, 2017. http://www.theses.fr/2017LAROS027/document.
Full textAbstract:
Les systèmes de climatisation et de ventilation sont souvent composés de configurations type jets impactant, sur leur partie terminale. Ainsi, les flux d’air soufflés viennent impacter des obstacles munis de fentes, de différentes formes, afin d’améliorer le mélange. Les conditions de confinement et de soufflage provoquent parfois un inconfort au niveau acoustique. Les nuisances acoustiques générées sont dues à un phénomène de boucles de rétroaction se traduisant par l’apparition des sons auto-entretenus. La production du son par un écoulement fluide en champ libre ou en interaction avec une structure a fait l’objet de nombreuses études. Dans le cas d’un champ acoustique et pour un écoulement à faible nombre de Mach la résolution du corollaire énergétique de Howe permet d’évaluer la puissance acoustique générée ou absorbée par les interactions entre le champ acoustique et l’écoulement. Le calcul de cette puissance nécessite la connaissance de trois paramètres : la vorticité, la vitesse et la vitesse acoustique par des méthodes analytiques ou en utilisant des données expérimentales. Expérimentalement, la mesure du champ cinématique, pour en déduire la vorticité, nécessite une technique de mesure tridimensionnelle. Pour cela une plate-forme expérimentale, utilisant de la vélocimétrie Laser, a été développée, et équipée pour générer les écoulements d’un jet plan. Les champs cinématiques de ces écoulements ont été mesurés en utilisant la technique PIV, avec un dispositif de PIV stéréoscopique. Les champs cinématiques de trente plans parallèles ont été mesurés afin d’étudier les champs de vitesses correspondants. Deux méthodes de reconstruction ont été appliquées à ces plans : la POD et la moyenne de phase. Le volume est obtenu par une interpolation des plans reconstruits donnant accès aux trois composantes de la vitesse. Pour valider ces méthodes de reconstruction en 3D à faible coût, elles étaient comparées à des mesures expérimentales réalisées par le même dispositif expérimental, dans les mêmes conditions, par la PIV tomographique donnant accès aux champs cinématiques tridimensionnelsAir conditioning and ventilation systems are often composed of jets having a configuration of an impinging jet, on their end part. Thus, the blown airflows impact slotted obstacles of different shapes to improve mixing. The conditions of confinement and blowing sometimes cause acoustic incompatibility. The acoustic noises generated are due to a phenomenon of feedback loops resulting of the appearance of self-sustained sounds. The production of sound by a free flow or in interaction with a structure has been the subject of many studies. In the case of an acoustic field and for a flow of low Mach number, Howe's energetic correlation is used to evaluate the acoustic power generated or absorbed by the interactions between the acoustic field and the flow. The calculation of this power requires the knowledge of three parameters : vorticity, velocity and acoustic velocity by analytical methods or by using experimental data. Experimentally, the measurement of the kinematic field, to deduce the vorticity, requires a three-dimensional measurement technique. For this purpose, an experimental platform, using laser velocimetry, has been developed and equipped to generate flows of a plane jet. The kinematic fields of these flows were measured using the PIV technique, with a stereoscopic PIV device. The kinematic fields of thirty parallel planes were measured to study the corresponding velocity fields. Two reconstruction methods have been applied to these plans : the POD and the phase average. The volume is obtained by an interpolation of the reconstructed planes giving access to the three components of the velocity. To validate these low-cost 3D reconstruction methods, they were compared to experimental measurements made by the same experimental setup, under the same conditions, by using the tomographic PIV giving access to the three-dimensional kinematic fields
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De, Souza David. "Dynamique de sédimentation de particules." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAE003.
Full textAbstract:
La dynamique de particules inertielles lourdes évoluant dans un fluide présente un intérêt dans de nombreux domaines.On les trouve aussi bien dans la nature (gouttes d'eau dans les nuages, sédiments dans les rivières et les océans, disques d'accrétion planétaire) que dans des activités humaines et applications technologiques (gouttes de carburant en chambres de combustion, réacteurs chimiques).Ces systèmes sont complexes, leur modélisation requérant des hypothèses simplificatrices souvent fortes, et leur étude nécessite encore des données expérimentales.De nombreux comportements sont observés dans ces écoulements diphasiques dispersés.Cette thèse s'intéresse à deux d'entre eux.D'abord le clustering, phénomène où les particules s'accumulent dans des régions spécifiques et en laissent d'autres vides.Le second est l'altération de la vitesse de sédimentation, des particules tombant plus vite ou plus lentement que dans un fluide au repos.Ces phénomènes sont liés, et dépendent de paramètres comme la taille et la densité des particules, de la phase porteuse (eau ou air généralement) et de si celle-ci est au repos ou dans un état turbulent.Un dispositif expérimental a été construit dans lequel de petites particules solides (diamètre maximal de 200 µm) sédimentent dans de l'eau.Des particules de différentes densités ont été séparées par taille par tamisage.Ceci a permis d'accéder à une large gamme de paramètres pour les particules.Une technique de double mesure simple à mettre en œuvre permettant de mesurer simultanément la vitesse des particules et du fluide a été développée, fournissant un aperçu des interactions particules-fluides rarement réussi jusqu'à présent.Des augmentations de la vitesse de sédimentation des particules tombant dans un fluide au repos ont été observées et ont été attribuées au développement d'un écoulement descendant, poussant les particules.Des analyses de Voronoï ont également été effectuées, mais n'ont pas pu déterminer avec certitude si les particules formaient des amas ou non.Ce travail fournit des données intéressantes, pertinentes pour l'étude des particules qui sédimentent dans des fluides au repos en espace clos.Il fournit également un point de référence pour de futurs travaux où la turbulence sera ajoutée au systèmeThe dynamics of heavy inertial particles evolving in a fluid are of interest in many fields.They are found both in nature (water droplets in clouds, sediments in rivers and in the oceans, planetary accretion disks) and in human activities and technological applications (fuel drops in combustion chambers, chemical reactors).These systems are complex, their modelling using often strong simplifying hypotheses, and experimental data is still required in their study.A large range of behaviours can be found in such dispersed two-phase flows.This work focuses on two of these.The first is clustering, or the observation that particles accumulate in specific regions and leave others void.The second is settling velocity alteration, as particles have been observed to fall either faster or slower than in a quiescent fluid.These two phenomena are intertwined, and depend on parameters like the size and density of the particles, what the carrier phase is (water or air usually) and whether it is in a quiescent or turbulent state.An experimental device was built in which small (diameters of at most 200 µm) solid particles settle in water.Particles of various densities have been separated by size by sieving.This allows access to a large variety of particle properties.An easy to implement double-measurement technique allowing simultaneous measurements of particle and fluid velocities was developed, providing insight into particle-fluid interactions that was seldomly achieved in previous works.Increases of the settling velocity of particles falling in a quiescent fluid have been observed and could be attributed to the development of a flow that pushes the particles down.Voronoï analysis were also performed, but could not confirm with certainty whether particles formed clusters or not.This work gives interesting data, relevant in the study of particles settling in quiescent fluids in closed spaces.It also provides a reference point for future works where turbulence will be added to the system
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Bonnet, Dimitri. "Vélocimétrie par images de particules (PIV) pour le diagnostic d'écoulements dans la boucle d'air automobile." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00978193.
Full textAbstract:
Dans le cadre des nouvelles normes concernant la consommation et la pollution liées aux véhicules auto- mobiles, le projet SIMBA réunit différents équipementiers de la boucle d'air automobile, et a pour objectif de développer un outil de simulation globale de cette dernière. Le but de cet outil est de prendre en compte les interactions entre les composants et ainsi pouvoir améliorer les performances de tout le système. La contribution de l'institut FEMTO-ST à ce projet est de réaliser des mesure fluidiques dans la boucle d'air : température, pression, vitesse ou encore concentration de gaz et taille de particules. Ces mesures alimentent une base de données donnant les conditions limites à injecter dans le code de calcul, et permettant aussi de réaliser des comparaisons avec les résultats du calcul numérique. Cette thèse porte plus spécifiquement sur la mesure de vitesses par PIV dans la boucle d'air en conditions réelles sur un banc moteur industriel. La première partie présente une solution versatile de mesure par PIV adaptée à des mesures dans les conduits d'admission, de retour EGR et d'échappement. Une solution spéci- fique a été développée afin de caractériser simultanément les huit tubulures du répartiteur d'admission. Cela a nécessité la mise en place de systèmes optiques relativement complexes pour la génération des nappes laser dans les tubulures, et aussi pour l'observation des champs de particules par deux caméras. La seconde partie porte sur le traitement des données et des images issues des essais. Un code de PIV développé en Python afin de s'adapter aux contraintes spécifiques des expériences réalisées y est présenté. Il a été testé et validé pour justifier son utilisation dans les conditions expérimentales de l'étude. La dernière partie expose des résultats obtenus par la technique mise en place. Ces derniers sont également associés à ceux issus d'autres mesures expérimentales (pression et température), ainsi qu'à des résultats de simulations numériques.