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Dissertations / Theses on the topic 'Hydrodynamical limits'
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Briant, Marc. "On the Boltzmann equation, quantitative studies and hydrodynamical limits." Thesis, University of Cambridge, 2014. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/246471.
Full textAbstract:
The present thesis deals with the mathematical treatment of kinetic theory and focuses more precisely on the Boltzmann equation. We investigate several properties of the solutions to the latter equation: their positivity and their hydrodynamical limits for instance. We also study the local Cauchy problem for a quantic version of the Boltzmann equation.
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Feliachi, Ouassim. "From Particles to Fluids : A Large Deviation Theory Approach to Kinetic and Hydrodynamical Limits." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2023. http://www.theses.fr/2023ORLE1063.
Full textAbstract:
Comprendre comment décrire un système avec des équations macroscopiques, qui sont généralement déterministes, en partant d'une description microscopique, qui peut être stochastique, est le problème fondamental de la physique statistique. Souvent, cette tâche implique au moins deux limites : une limite "grand N" et une limite "d'équilibre local". La première permet de décrire un système de N particules par une fonction de distribution dans l'espace des phases, tandis que la seconde reflète la séparation des échelles de temps entre l'approche rapide de l'équilibre local et l'évolution lente des modes hydrodynamiques. En supposant ces deux limites, on obtient une description macroscopique déterministe. Pour des raisons à la fois théoriques et de modélisation (N est grand mais pas infini, la séparation des échelles de temps n'est pas parfaite), il est parfois important de comprendre les fluctuations autour de cette description macroscopique. L'hydrodynamique fluctuante fournit un cadre pour décrire l'évolution des champs macroscopiques tout en prenant en compte les fluctuations induites par le nombre de particules finies dans la limite hydrodynamique. Cette thèse traite de la dérivation de l'hydrodynamique fluctuante à partir de la description microscopique de la dynamique des particules. La dérivation de l'hydrodynamique fluctuante se fait en deux étapes. Premièrement, la limite "grand N" doit être affinée pour prendre en compte les fluctuations au-delà du comportement moyen du système. Pour ce faire, nous utilisons la théorie des grandes déviations pour établir des principes de grandes déviations qui décrivent la probabilité de tout chemin d'évolution pour le système de particule au-delà du chemin le plus probable décrit par l'équation cinétique. Ensuite, nous dérivons la l'hydrodynamique fluctuante en étudiant la limite hydrodynamique du principe de grande déviation cinétique, ou l'équation cinétique fluctuante associée. Ce manuscrit contient l'explication de ce programme et son application à divers systèmes physiques allant du gaz dilué aux particules activesThe central problem of statistical physics is to understand how to describe a system with macroscopic equations, which are usually deterministic, starting from a microscopic description, which may be stochastic. This task requires taking at least two limits: a “large N ” limit and a “local equilibrium” limit. The former allows a system of N particles to be described by a phase-space distribution function, while the latter reflects the separation of time scales between the fast approach to local equilibrium and the slow evolution of hydrodynamic modes. When these two limits are taken, a deterministic macroscopic description is obtained. For both theoretical and modeling reasons (N is large but not infinite, the time-scale separation is not perfect), it is sometimes important to understand the fluctuations around this macroscopic description. Fluctuating hydrodynamics provides a framework for describing the evolution of macroscopic, coarse-grained fields while taking into account finite- particle-number induced fluctuations in the hydrodynamic limit. This thesis discusses the derivation of fluctuating hydrodynamics from the microscopic description of particle dynamics. The derivation of the fluctuating hydrodynamics is twofold. First, the “large N” limit must be refined to account for fluctuations beyond the average behavior of the system. This is done by using large deviation theory to establish kinetic large deviation principles that describe the probability of any evolution path for the empirical measure beyond the most probable path described by the kinetic equation. Then, the fluctuating hydrodynamics is derived by studying the hydrodynamical limit of the kinetic large deviation principle, or the associated fluctuating kinetic equation. This dissertation discusses this program and its application to several physical systems ranging from the dilute gas to active particles
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Even, Nadine. "On Hydrodynamic Limits and Conservation Laws." Doctoral thesis, kostenfrei, 2009. http://www.opus-bayern.de/uni-wuerzburg/volltexte/2009/3837/.
Full text
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Givan, Daniel Rey. "Improved operational limits for offshore pipelay vessels." ScholarWorks@UNO, 2012. http://scholarworks.uno.edu/td/1439.
Full textAbstract:
Subsea pipelines are used extensively throughout the world’s oceans to transport oil and gas from offshore facilities to land, often hundreds of miles. These pipelines range in diameter from three to sixty inches and are installed in deeper depths every year, currently as deep as 2,900 meters. Pipeline construction and installation costs are a large percentage of offshore projects and thus, methods toward reducing costs is an imperative objective. With pipeline installation projects taking place in harsher environments, vessel operability is vital. This work presents an improved method for determining limiting criteria for pipelay operations to more effectively plan and execute offshore projects. This improvement is based on the consideration of total effective pipeline stresses as the limiting criterion rather than the traditionally used limiting pitch angle. Limiting sea curves based on a sample dynamic pipeline analysis are shown and their incorporation in workability planning is discussed.
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Jiménez, Oviedo Byron. "Processus d’exclusion avec des sauts longs en contact avec des réservoirs." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4000/document.
Full text
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Andrade, Adriana Uquillas. "Processo de exclusão simples com taxas variáveis." Universidade de São Paulo, 2008. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45133/tde-23082008-193758/.
Full textAbstract:
Nosso trabalho considera o processo de exclusão simples do vizinho mais próximo evoluindo com taxas de salto aleatórias . Demonstramos o limite hidrodinâmico deste processo. Este resultado è obtido através do limite hidrodinâmico do processo de exclusão onde as taxas de salto iniciais são substituidas pelas taxas cx,N que tem a mesma distribuição para cada N maior ou igal a 1. Fazemos algumas suposições no meio c_N e consideramos que as partículas estão inicialmente distribuidas de acordo à medida produto de Bernoulli associada a um perfil inicial.Consider a Poisson process with rate equal to 1 in IR. Consider the nearest neighbor simple exclusion process with random jump rates § where §x =\\lambda, \\lambda > 0 if there is a Poisson mark between (x, x + 1) and §x = 1 otherwise. We prove the hydrodynamic limit of this process. This result follows from the hydrodynamic limit in the case that the jump rates {§x : x inteiro} are replaced by an array {cx,N : x inteiro} having the same distribution for each N >=1.
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Machrouki, Hicham. "Incompressibilité et conditions aux limites dans la méthode Smoothed particle hydrodynamics." Poitiers, 2012. http://theses.univ-poitiers.fr/25282/2012-Machrouki-Hicham-These.pdf.
Full textAbstract:
Nous présentons une méthode numérique particulaire pour résoudre les équations de Navier-Stockes en formulation vitesse-pression pour la modélisation bidimensionnelle des écoulements incompressibles en présence d'obstacles. Cette méthode s'appuie sur la formulation Smoothed particles hydrodynamics pour le calcul du transport des moments. L'absence de maillage structuré permet de traiter des domaines d'écoulement avec des frontières complexes. Par ailleurs, le calcul du champ de pression est réalisé par la résolution d'une équation de poisson assurant l'incompressibilité de l'écoulement et les conditions aux limites sont renforcées par l'utilisation de la méthode des intégrales de frontières. Cette dernière méthode est connue pour être pénalisante en termes de temps CFU. Pour remédier à ce problème, les contributions des termes sources de l'équation de poisson pour la pression et de l'équation de Helmhotz généralisée pour la vitesse sont calculées en superposant une grille cartésienne au domaine de l'écoulement et en utilisant une méthode de différences finies. Les différentes étapes de construction de la méthode que nous proposons ont été validées par l'étude de plusieurs cas académiques parmi lesquels l'écoulement dans une cavité, la rupture de barrage ou encore l'écoulement derrière un cylindre. En plus de son utilisation classique pour la modélisation des écoulements, notre méthode a été utilisée pour reconstruire les champs de vitesse et de pression à partir d'un champ de vitesse mesurée expérimentalement par PIV et appliquée au cas de l'écoulement autour d'un profil NACA en mouvementA numerical particle method for solving the Bavier-Stokes equations in velocity-pressure formulation for two dimensional incompressible flows is presented. The basis of the method is the Smoothed particle hydrodynamics (SPH) formulation for the moment transport. On advantage of this meshless method is an easy treatment of computational domains with complex boundaries. The pressure is computed by solving a poisson equation that ensures the flow incompressibility and the boundary conditions are imposed by using a boundary integral method (BIM). This last method, is known to be strongly CPU time consuming. To overcome this difficulty, the source term of the poisson equation was solved by introducing a cartesian grid and by using finite differences. The same treatment has been applied to the generalize Helmholtz equation for the velocity field as well. The different steps were validated by studying several academic cases including a driven cavity low, a dam break and an impulsively started flow around a circular cylinder. Aditionaly to this standard use for flow numerical modelling, the method was also applied for rebuilding the pressure and velocity fields from velocity fields experimentally measured by a PIV method. The method was then applied to the flow around a moving NACA profile
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Fathi, Max. "Etude théorique et numérique de quelques modèles stochastiques en physique statistique." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066349/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons essentiellement à trois sujets : les inégalités fonctionnelles à contenu probabiliste, les limites hydrodynamiques pour les systèmes de spins continus en interaction et la discrétisation des équations différentielles stochastiques. Ce document, outre l'introduction, comporte trois parties. La première s'intéresse aux inégalités fonctionnelles, et notamment aux inégalités de Sobolev logarithmiques, pour les mesures canoniques, ainsi qu'aux limites hydrodynamiques pour les systèmes des spins continus. La convergence vers la limite hydrodynamique pour plusieurs variantes du modèle de Ginzburg--Landau équipé de la dynamique de Kawasaki y est obtenue, avec notamment des bornes quantitatives en le nombre de spins. On y étudie également la convergence de l'entropie microscopique vers l'entropie hydrodynamique. La deuxième partie étudie les liens entre flots gradients dans les espaces de mesures de probabilités et grandes déviations pour les suites de lois de solutions d'équations différentielles stochastiques. On y obtient l'équivalence entre le principe de grandes déviations et la Gamma-Convergence d'une suite de fonctionnelles apparaissant dans la formulation en flots gradients du flot de marginales des lois des solutions des équations différentielles stochastiques. Comme application de ce principe, on obtient les grandes déviations par rapport à la limite hydrodynamique pour deux variantes du modèle de Ginzburg--Landau. La troisième partie concerne la discrétisation des équations différentielles stochastiques. On y prouve une inégalité transport-Entropie pour la loi du schéma d'Euler explicite. Cette inégalité implique des bornes sur les intervalles de confiance pour l'estimation de quantités de la forme $\mathbb{E}[f(X_T)]$. On y étudie également l'erreur de discrétisation pour l'évaluation des coefficients de transport avec l'algorithme MALA (qui est une combinaison du schéma d'Euler explicite et de l'algorithme de Metropolis--Hastings)In this thesis, we are mainly interested in three topics : functional inequalities and their probabilistic aspects, hydrodynamic limits for interacting continuous spin systems and discretizations of stochastic differential equations. This document, in addition to a general introduction (written in French), contains three parts. The first part deals with functional inequalities, especially logarithmic Sobolev inequalities, for canonical ensembles, and with hydrodynamic limits for continuous spin systems. We prove convergence to the hydrodynamic limit for several variants of the Ginzburg--Landau model endowed with Kawasaki dynamics, with quantitative bounds in the number of spins. We also study convergence of the microscopic entropy to its hydrodynamic counterpart. In the second part, we study links between gradient flows in spaces of probability measures and large deviations for sequences of laws of solutions to stochastic differential equations. We show that the large deviations principle is equivalent to the Gamma--Convergence of a sequence of functionals that appear in the gradient flow formulation of the flow of marginals of the laws of the diffusion processes. As an application of this principle, we obtain large deviations from the hydrodynamic limit for two variants of the Ginzburg-Landau model. The third part deals with the discretization of stochastic differential equations. We prove a transport-Entropy inequality for the law of the explicit Euler scheme. This inequality implies bounds on the confidence intervals for quantities of the form $\mathbb{E}[f(X_T)]$. We also study the discretization error for the evaluation of transport coefficients with the Metropolis-Adjusted Langevin algorithm (which is a combination of the explicit Euler scheme and the Metropolis algorithm)
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Koukkous, Abdellatif. "Comportement hydrodynamique de différents processus de zéro range." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES051.
Full textAbstract:
Cette thèse comprend trois parties. Dans la première, nous étudions le comportement asymptotique d'un processus de zéro range symétrique en volume fini dans un environnement aléatoire. Nous démontrons que, pour presque tout environnement, la mesure empirique converge en probabilité vers l'unique solution faible d'une équation de diffusion non linéaire indépendante de l'environnement. Dans la seconde partie, réalisée en collaboration avec G. Gielis et C. Landim, nous abordons le problème des fluctuations à l'équilibre pour le processus de zéro range avec environnement aléatoire. Il s'agit d'obtenir un résultat de type théorème central limite pour le champ de densité, autrement dit de montrer que le champ des fluctuations de la densité converge en loi vers un champ gaussien généralisé. Nous établissons le principe de Boltzmann-Gibbs et la convergence faible du champ de fluctuations de la densité du processus de zéro range en environnement aléatoire vers un processus d'Ornstein-Uhlenbeck généralisé dont l'évolution est décrite par linéarisation de l'équation hydrodynamique autour d'une densité fixée en présence d'un bruit blanc. Dans la dernière partie, réalisée en collaboration avec O. Benois et C. Landim, nous donnons une nouvelle interprétation des corrections de Navier-Stokes à l'équation hydrodynamique d'un système asymétrique de particules en interaction. Nous considérons un système dont la mesure initiale est associée à un profil constant dans la direction de la dérive. Nous montrons que, sous une renormalisation diffusive, le comportement du processus est décrit par une équation parabolique non linéaire dont le coefficient de diffusion coïncide avec le coefficient de diffusion de l'équation hydrodynamique de la version symétrique du processus.
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Aguiar, Guilherme Ost de. "Limite hidrodinâmico para neurônios interagentes estruturados espacialmente." Universidade de São Paulo, 2015. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45133/tde-01062016-162917/.
Full textAbstract:
Nessa tese, estudamos o limite hidrodinâmico de um sistema estocástico de neurônios cujas interações são dadas por potenciais de Kac que imitam sinapses elétricas e químicas, e as correntes de vazamento. Esse sistema consiste de $\\ep^$ neurônios imersos em $[0,1)^2$, cada um disparando aleatoriamente de acordo com um processo pontual com taxa que depende tanto do seu potential de membrana como da posição. Quando o neurônio $i$ dispara, seu potential de membrana é resetado para $0$, enquanto que o potencial de membrana do neurônio $j$ é aumentado por um valor positivo $\\ep^2 a(i,j)$, se $i$ influencia $j$. Além disso, entre disparos consecutivos, o sistema segue uma movimento determinístico devido às sinapses elétricas e às correntes de vazamento. As sinapses elétricas estão envolvidas na sincronização do potencial de membrana dos neurônios, enquanto que as correntes de vazamento inibem a atividade de todos os neurônios, atraindo simultaneamente todos os potenciais de membrana para $0$. No principal resultado dessa tese, mostramos que a distribuição empírica dos potenciais de membrana converge, quando o parâmetro $\\ep$ tende à 0 , para uma densidade de probabilidade $ho_t(u,r)$ que satisfaz uma equação diferencial parcial nâo linear do tipo hiperbólica .We study the hydrodynamic limit of a stochastic system of neurons whose interactions are given by Kac Potentials that mimic chemical and electrical synapses and leak currents. The system consists of $\\ep^$ neurons embedded in $[0,1)^2$, each spiking randomly according to a point process with rate depending on both its membrane potential and position. When neuron $i$ spikes, its membrane potential is reset to $0$ while the membrane potential of $j$ is increased by a positive value $\\ep^2 a(i,j)$, if $i$ influences $j$. Furthermore, between consecutive spikes, the system follows a deterministic motion due both to electrical synapses and leak currents. The electrical synapses are involved in the synchronization of the membrane potentials of the neurons, while the leak currents inhibit the activity of all neurons, attracting simultaneously their membrane potentials to 0. We show that the empirical distribution of the membrane potentials converges, as $\\ep$ vanishes, to a probability density $ho_t(u,r)$ which is proved to obey a nonlinear PDE of Hyperbolic type.
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Simon, Marielle. "Problèmes de diffusion pour des chaînes d’oscillateurs harmoniques perturbées." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSL0904/document.
Full textAbstract:
L'équation de la chaleur est un phénomène macroscopique, émergeant après une limite d’échelle diffusive (en espace et en temps) d’un système d'oscillateurs couplés. Lorsque les interactions entre oscillateurs sont linéaires, l'énergie évolue de manière balistique, et la conductivité thermique est infinie. Certaines non-linéarités doivent donc apparaître au niveau microscopique, si l’on espère observer une diffusion normale. Pour apporter de l'ergodicité, on ajoute à la dynamique déterministe une perturbation stochastique qui conserve l'énergie. En premier lieu nous étudions la dynamique Hamiltonienne d'un système d'oscillateurs linéaires, perturbé par un bruit stochastique dégénéré conservatif. Ce dernier transforme à des temps aléatoires les vitesses en leurs opposées. On montre que l'évolution macroscopique du système est caractérisée par un système parabolique non-linéaire couplé pour les deux lois de conservation du modèle. Ensuite, nous supposons que les oscillateurs évoluent en environnement aléatoire. La perturbation stochastique est très dégénérée, et on prouve que le champ de fluctuations de l'énergie à l'équilibre converge vers un processus d'Ornstein-Uhlenbeck généralisé dirigé par l’équation de la chaleur.Il est désormais connu que les systèmes unidimensionnels présentent une diffusion anormale lorsque le moment total est conservé en plus de l'énergie. Dans une troisième partie, on considère deux perturbations, l'une préservant le moment, l'autre détruisant cette conservation. En faisant décroître l'intensité de la seconde perturbation, on observe une transition de phase entre un régime de diffusion normale et un régime de superdiffusionThe heat equation is known to be a macroscopic phenomenon, emerging after a diffusive rescaling of space and time. In linear systems of interacting oscillators, the energy ballistically disperses and the thermal conductivity is infinite. Since the Fourier law is not valid for linear interactions, non-linearities in the microscopic dynamics are needed. In order to bring ergodicity to the system, we superpose a stochastic energy conserving perturbation to the underlying deterministic dynamics.In the first part we study the Hamiltonian dynamics of linear coupled oscillators, which are perturbed by a degenerate conservative stochastic noise. The latter flips the sign of the velocities at random times. The evolution yields two conservation laws (the energy and the length of the chain), and the macroscopic behavior is given by a non-linear parabolic system.Then, we suppose the harmonic oscillators to evolve in a random environment, in addition to be stochastically perturbed. The noise is very degenerate, and we prove a macroscopic behavior that holds at equilibrium: precisely, energy fluctuations at equilibrium evolve according to an infinite dimensional Ornstein-Uhlenbeck process driven by the linearized heat equation.Finally, anomalous behaviors have been observed for one-dimensional systems which preserve momentum in addition to the energy. In the third part, we consider two different perturbations, the first one preserving the momentum, and the second one destroying that new conservation law. When the intensity of the second noise is decreasing, we observe (in a suitable time scale) a phase transition between a regime of normal diffusion and a regime of super-diffusion
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Letizia, Viviana. "Modèles microscopiques pour la loi de Fourier." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLED038/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l’étude des modèles microscopiques pour la dérivation de la conduction de la chaleur. Démontrer rigoureusement une équation diffusive macroscopique à partir d’une description microscopique du système est à aujourd’hui encore un problème ouvert. On étudie un système décrit par l’équation de Schrödinger linéaire discrète (DLS) en dim 1, perturbé par une dynamique stochastique conservative. On peut montrer que le système a une limite hydrodynamique donnée par la solution de l’équation de la chaleur. Quand le système est rattaché aux bords à deux réservoirs de Langevin à deux différents potentiels chimiques, on peut montrer que l’état stationnaire, dans la limite vers l'infinie, satisfait la loi de Fourier. On étudie une chaine des oscillateurs anharmonique immergée en un réservoir de chaleur avec un gradient de température. On exerce une tension, variable dans le temps, à une des deux extrémités de la chaine, et l’autre reste fixe. On montre que sous un changement d’échelle diffusive dans l’espace et dans le temps, la distribution d’étirement de la chaine évolue selon un équation diffusive non-linéaire. On développe des estimations qui reposent sur l’hypocoercitivité entropique. La limite macroscopique peut être utilisée pour modéliser les transformations thermodynamique isothermiques entre états stationnaire de non-équilibreThe object of research of this thesis is the derivation of heat equation from the underlying microscopic dynamics of the system. Two main models have been studied: a microscopic system described by the discrete Schrödinger equation and an anharmonic chain of oscillators in presence of a gradient of temperature. The first model considered is the one-dimensional discrete linear Schrödinger (DLS) equation perturbed by a conservative stochastic dynamics, that changes the phase of each particles, conserving the total norm (or number of particles). The resulting total dynamics is a degenerate hypoelliptic diffusion with a smooth stationary state. It has been shown that the system has a hydrodynamical limit given by the solution of the heat equation. When it is coupled at the boundaries to two Langevin thermostats at two different chemical potentials, it has been proven that the stationary state, in the limit to infinity, satisfies the Fourier’s law. The second model considered is a chain of anharmonic oscillators immersed in a heat bath with a temperature gradient and a time varying tension applied to one end of the chain while the other side is fixed to a point. We prove that under diffusive space-time rescaling the volume strain distribution of the chain evolves following a non-linear diffusive equation. The stationary states of the dynamics are of non-equilibrium and have a positive entropy production, so the classical relative entropy methods cannot be used. We develop new estimates based on entropic hypocoercivity, that allows to control the distribution of the positions configurations of the chain. The macroscopic limit can be used to model isothermal thermodynamic transformations between non-equilibrium stationary states. CEMRACS project on simulating Rayleigh- Taylor and Richtmyer-Meshkov turbulent mixing zones with a probability density function method at last
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Erignoux, Clément. "Limite hydrodynamique pour un dynamique sur réseau de particules actives." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX011/document.
Full textAbstract:
L'étude des dynamiques collectives, observables chez de nombreuses espèces animales, a motivé dans les dernières décennies un champ de recherche actif et transdisciplinaire. De tels comportements sont souvent modélisés par de la matière active, c'est-à-dire par des modèles dans lesquels chaque individu est caractérisé par une vitesse propre qui tend à s'aligner avec celle de ses voisins.Dans un modèle fondateur proposé par Vicsek et al., ainsi que dans de nombreux modèles de matière active liés à ce dernier, une transition de phase entre un comportement chaotique à forte température, et un comportement global et cohérent à faible température, a été observée. De nombreuses preuves numériques de telles transitions de phase ont été obtenues dans le cadre des dynamiques collectives. D'un point de vue mathématique, toutefois, ces systèmes actifs sont encore mal compris. Plusieurs résultats ont été obtenus récemment sous une approximation de champ moyen, mais il n'y a encore à ce jour que peu d'études mathématiques de modèles actifs faisant intervenir des interactions purement microscopiques.Dans ce manuscrit, nous décrivons un système de particules actives sur réseau interagissant localement pour aligner leurs vitesses. L'objet de cette thèse est l'obtention rigoureuse, à l'aide du formalisme des limites hydrodynamiques pour les gaz sur réseau, de la limite macroscopique de ce système hors-équilibre, qui pose de nombreuses difficultés techniques et théoriquesCollective dynamics can be observed among many animal species, and have given rise in the last decades to an active and interdisciplinary field of study. Such behaviors are usually modeled by active matter, in which each individual is self-driven and tends to align its velocity with that of its neighbors.In a classical model introduced by Vicsek & al., as well as in numerous related active matter models, a phase transition between chaotic behavior at high temperature and global order at low temperature can be observed. Even though ample evidence of these phase transitions has been obtained for collective dynamics, from a mathematical standpoint, such active systems are not fully understood yet. Some progress has been achieved in the recent years under an assumption of mean-field interactions, however to this day, few rigorous results have been obtained for models involving purely local interactions.In this manuscript, we describe a lattice active particle system interacting locally to align their velocities. This thesis aims at rigorously obtaining, using the formalism developed for hydrodynamic limits of lattice gases, the scaling limit of this out-of-equilibrium system, for which numerous technical and theoretical difficulties arise
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Mourragui, Mustapha. "Comportement hydrodynamique des processus de sauts, de naissances et de morts." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES002.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions la limite hydrodynamique des processus de sauts, de naissances et de morts qui décrivent l'évolution de particules indistingables sur le tore. Dans ces systèmes, les particules sautent indépendamment les unes des autres, elles sont créées et détruites selon des taux non linéaires. En utilisant différentes méthodes : la méthode de l'estimation surexponentielle de C. Kipnis, S. Olla et S. R. S. Varadhan, la méthode de production d'entropie de M. Z. Guo, G. C. Papanicolaou et S. R. S. Varadhan et la méthode d'entropie relative de H. T. Yau, nous démontrons que sous certaines conditions sur les taux de naissance et de mort, et par passage à la limite, nos systèmes évoluent selon des équations de réaction-diffusion non linéaires
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Clement, Adrien. "Étude hydroacoustique de la réponse d'une structure à une excitation de couche limite turbulente." Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0033/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés s’intéressent à la réponse vibratoire et au champ acoustique émis par une structure immergée et excitée par une couche limite turbulente, dans le domaine des bas nombres d’ondes et pour un nombre de Mach faible. Ce travail s’inscrit dans la problématique d’amélioration de laprédiction du bruit rayonné dans ce type de configurations, et peut trouver son application à la discrétion acoustique des navires, ou à la caractérisation du bruit rayonné par des structures externes excitées par un écoulement.Numériquement, une analyse modale de la réponse de la structure en formulation (u,p,φ) est réalisée à l’aide du code élément finis Code_Aster. L’excitation est modélisée par une somme d’ondes planes de pression dont la densité spectrale est obtenue à partir des modèles d’excitation pariétale disponibles dans la littérature. Une analyse harmonique sur base modale est réalisée pour chaque cas de chargement.Cette approche permet la prise en compte du couplage fluide-structure dans le cas d’un fluide lourd et présente l’avantage de s’affranchir des hypothèses généralement faites, de fluide léger et d’orthogonalité des déformées modales.Les résultats issus de la modélisation numérique sont comparés à des données expérimentales, concernant le comportement vibratoire d’un dispositif constitué d’une plaque plane excitée par un écoulement généré en tunnel hydrodynamique. Les résultats numériques et expérimentaux observés sont proches,qu’il s’agisse du comportement global, du niveau spectral moyen en déplacement ou du niveau de pression acoustique mesuré. En complément, l’influence de défauts, constitués de marche montantes et descendantes de hauteur inférieure à l’épaisseur de la couche limite, sur l’excitation et la réponse de la structure est explorée expérimentalementThe following work consist in the study of the vibroacoustic response of a structure submerged in fluid, under a turbulent boundary layer flow, the response of the structure is driven by the low wavenumber behaviour, for a small Mach number. This work aims at providing better means of predicting the noise radiated in such setups, mainly regarding stealthiness of ships and submarines and noise radiated by outer structures.A numerical modal analysis based on the (u,p,φ) formulation available in the finite element software Code_Aster is performed. The pressure induced by the boudary layer is then described as a sum of plane waves and several harmonical analysis are performed on the reduced problem, projected on the (u,p,φ) modal basis, one for each term of the sum. This allows us to account for the fluid-structure interaction (inertial and acoustic) in confined and infinite fluid domains. Most numerical models found in scientific papers are making the assumption of a light fluid, or a fluid loaded plate, thus not taking clearly into account the fluid-strucure interaction or only the inertialpart. Here the interaction due to the acoustic field radiated by the plate is fully accounted for.The validity of the proposed numerical method is assesed and numerical results are compared to data obtained from an experimental setup used within a hydrodynamic tunnel. Numerically, a good reproduction of the behaviour of the plate is obtained, both in terms of displacement and spectral levels. The acoustic levels are also compared to their numerical counterparts at the position of the transducer. Moreover, an experimantal analysis is performed, for backward and forward steps of height smaller than the thickness of the boundary layer, in order to investigate the influence of such configurations on the boundary layer excitation and on the vibroacoustic response
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Ayi, Nathalie. "Influence du stochastique sur des problématiques de changements d'échelle." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4061/document.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le domaine des équations aux dérivées partielles et sont liés à la problématique des changements d'échelle dans le contexte de la cinétique des gaz. En effet, sachant qu'il existe plusieurs niveaux de description pour un gaz, on cherche à relier les différentes échelles associées dans un cadre où une part d'aléa intervient. Dans une première partie, on établit la dérivation rigoureuse de l'équation de Boltzmann linéaire sans cut-off en partant d'un système de particules interagissant via un potentiel à portée infinie en partant d'un équilibre perturbé.La deuxième partie traite du passage d'un modèle BGK stochastique avec champ fort à une loi de conservation scalaire avec forçage stochastique. D'abord, on établit l'existence d'une solution au modèle BGK considéré. Sous une hypothèse additionnelle, on prouve alors la convergence vers une formulation cinétique associée à la loi de conservation avec forçage stochastique.Au cours de la troisième partie, on quantifie dans le cas à vitesses discrètes le défaut de régularité dans les lemmes de moyenne et on établit un lemme de moyenne stochastique dans ce même cas. On applique alors le résultat au cadre de l'approximation de Rosseland pour établir la limite diffusive associée à ce modèle.Enfin, on s'intéresse à l'étude numérique du modèle de Uchiyama de particules carrées à quatre vitesses en dimension deux. Après avoir adapté les méthodes de simulation développées dans le cas des sphères dures, on effectue une étude statistique des limites à différentes échelles de ce modèle. On rejette alors l'hypothèse d'un mouvement Brownien fractionnaire comme limite diffusiveThe work of this thesis belongs to the field of partial differential equations and is linked to the problematic of scale changes in the context of kinetic of gas. Indeed, knowing that there exists different scales of description for a gas, we want to link these different associated scales in a context where some randomness acts, in initial data and/or distributed on all the time interval. In a first part, we establish the rigorous derivation of the linear Boltzmann equation without cut-off starting from a particle system interacting via a potential of infinite range starting from a perturbed equilibrium. The second part deals with the passage from a stochastic BGK model with high-field scaling to a scalar conservation law with stochastic forcing. First, we establish the existence of a solution to the considered BGK model. Under an additional assumption, we prove then the convergence to a kinetic formulation associated to the conservation law with stochastic forcing. In the third part, first we quantify in the case of discrete velocities the defect of regularity in the averaging lemmas. Then, we establish a stochastic averaging lemma in that same case. We apply then the result to the context of Rosseland approximation to establish the diffusive limit associated to this model.Finally, we are interested into the numerical study of Uchiyama's model of square particles with four velocities in dimension two. After adapting the methods of simulation which were developed in the case of hard spheres, we carry out a statistical study of the limits at different scales of this model. We reject the hypothesis of a fractional Brownian motion as diffusive limit
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Müller, Patrick Erich [Verfasser]. "Limiting Properties of a Continuous Local Mean-Field Interacting Spin System : Hydrodynamic Limit, Propagation of Chaos, Energy Landscape and Large Deviations / Patrick Erich Müller." Bonn : Universitäts- und Landesbibliothek Bonn, 2016. http://d-nb.info/1122193866/34.
Full text
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Baldasso, Rangel. "Comportamento hidrodinâmico para o processo de exclusão com taxa lenta no bordo." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2013. http://hdl.handle.net/10183/79776.
Full textAbstract:
Apresentamos o teorema de limite hidrodinâmico para o processo de exclusão simples simétrico com taxa lenta no bordo. Neste processo, partículas descrevem passeios aleatórios independentes no espaço {O, 1, , N}, respeitando a regra de exclusão (que afirma que duas partículas não ocupam o mesmo lugar ao mesmo instante). Paralelamente, partículas podem nascer ou morrer nos sítios O e N com taxas proporcionais a N-1 . Com o devido reescalonamento, a densidade de partículas converge para a solução fraca de urna equação diferencial parcial parabólica. Além disso, no primeiro capítulo, apresentamos seções sobre o Teorema de Prohorov, o espaço das funções càdlàg e a métrica de Skorohod definida nesse espaço.We present the hydrodynamic limit theorem for the simple symmetric exclusion process with slow driven boundary. In this process, particles describe independent random walks in the space {O, 1, , N}, using the exclusion rule (which says that two particles do not occupy the same place at the same time). We also suppose that particles can be born or die on the sites O and N with rates proportional to N -1 . With the right rescaling procedure, the density of particles converges to the weak solution of a parabolic partial differential equation. In the first chapter, we present sections about Prohorov's Theorem, the càdlàg function space and Skorohod's metric defined in this space.
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Marahrens, Daniel. "On some nonlinear partial differential equations for classical and quantum many body systems." Thesis, University of Cambridge, 2012. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/244203.
Full textAbstract:
This thesis deals with problems arising in the study of nonlinear partial differential equations arising from many-body problems. It is divided into two parts: The first part concerns the derivation of a nonlinear diffusion equation from a microscopic stochastic process. We give a new method to show that in the hydrodynamic limit, the particle densities of a one-dimensional zero range process on a periodic lattice converge to the solution of a nonlinear diffusion equation. This method allows for the first time an explicit uniform-in-time bound on the rate of convergence in the hydrodynamic limit. We also discuss how to extend this method to the multi-dimensional case. Furthermore we present an argument, which seems to be new in the context of hydrodynamic limits, how to deduce the convergence of the microscopic entropy and Fisher information towards the corresponding macroscopic quantities from the validity of the hydrodynamic limit and the initial convergence of the entropy. The second part deals with problems arising in the analysis of nonlinear Schrödinger equations of Gross-Pitaevskii type. First, we consider the Cauchy problem for (energy-subcritical) nonlinear Schrödinger equations with sub-quadratic external potentials and an additional angular momentum rotation term. This equation is a well-known model for superfluid quantum gases in rotating traps. We prove global existence (in the energy space) for defocusing nonlinearities without any restriction on the rotation frequency, generalizing earlier results given in the literature. Moreover, we find that the rotation term has a considerable influence in proving finite time blow-up in the focusing case. Finally, a mathematical framework for optimal bilinear control of nonlinear Schrödinger equations arising in the description of Bose-Einstein condensates is presented. The obtained results generalize earlier efforts found in the literature in several aspects. In particular, the cost induced by the physical work load over the control process is taken into account rather then often used L^2- or H^1-norms for the cost of the control action. We prove well-posedness of the problem and existence of an optimal control. In addition, the first order optimality system is rigorously derived. Also a numerical solution method is proposed, which is based on a Newton type iteration, and used to solve several coherent quantum control problems.
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Jennesson, Didier. "Étude de l'influence des phénomènes de couche limite sur le fonctionnement de photoréacteurs." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://www.theses.fr/1994INPL114N.
Full textAbstract:
Certains problèmes spécifiques de la conduite industrielle d'une réaction photochimique concernent l'influence des conditions hydrodynamiques au voisinage des parois d'irradiation sur la sélectivité et sur la rentabilité de la fabrication. En effet, le traitement de solutions photoréactives fortement concentrées en régime turbulent confine souvent le lieu de la réaction à proximité directe de la paroi, dans les zones d'amortissement de la turbulence où l'accumulation des espèces photoproduites peut s'accompagner d'effets d'absorption et de dégradation généralement désignés par l'expression phénomènes de couche limite. La finalité du travail réalisé repose sur la mise au point d'un support expérimental fiable se prêtant à l'étude quantitative de ces phénomènes, et permettant de préciser le rôle du critère adimensionnel utilisé pour caractériser les tendances d'un tel système. D'autre part, l'examen des processus de transport de traceurs fluorescents à proximité d'une paroi en régime turbulent a permis d'estimer un ordre de grandeur correct de l'épaisseur limitant le transfert de matière. Enfin, plusieurs solutions sont envisagées pour prévenir les effets liés à l'irradiation dans les couches limites ; la mise en œuvre expérimentale d'un réacteur à film tombant se révèle efficace pour le traitement de solutions concentrées, et la simulation numérique d'une irradiation distribuée en créneau à travers une paroi laisse présager de nouvelles possibilités de gain
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Monavon, Arnault. "Etude d'une couche limite instationnaire sur une paroi déformable." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066369.
Full text
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Peerhossaini, Hassan. "L'instabilite d'une couche limite sur une paroi concave : les tourbillons de gortler." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066023.
Full textAbstract:
Etude en canal hydrodynamique de processus de formation des rouleaux de goertler pres du seuil d'instabilite. Visualisation par fluorescence induite par laser et mesure du champ de vitese par anemometrie laser doppler. On identifie trois instabilites secondaires et on propose un modele simple decrivant la premiere
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Jaoui, Alexandre. "Charge and Entropy Transport in Dilute metals." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS151.
Full textAbstract:
Cette thèse traite la dichotomie entre transport électronique de charge et de chaleur ainsi que les propriétés de transport au-delà de la limite quantique dans les métaux dilués. D’abord, nous étudions deux semi-métaux, WP2 et Sb. La loi de Wiedemann-Franz (WF) y est satisfaite à basse température (T≈2K) mais violée à T≈15K. Cette déviation à température finie à la loi de WF résulte de la différence entre les préfacteurs des T2-résistivités. Dans un cadre boltzmannien, cette différence est associée à une abondance de collisions électroniques à petit angle. Cependant, l’exemple de l’3He liquide montre que des collisions fermioniques qui conservent le moment total conduisent à une T2-résistivité thermique. Une interprétation différente est alors possible dans WP2 et Sb : la possible existence d’un régime hydrodynamique des électrons. Pour Sb, le ratio entre les T2-préfacteurs des résistivités thermique et électrique évolue avec la taille du système. Cette découverte appuie le scénario hydrodynamique. Enfin, nous montrons l’existence de corrections hydrodynamiques dans la conductivité thermique due à un autre type de quasiparticules, les phonons. La seconde partie de cette thèse traite du destin de la mer de Fermi au-delà de la limite quantique (QL). Dans le semi-conducteur dopé InAs, nous rapportons l’existence d’un état isolant induit par le champ magnétique selon toutes les géométries de mesure. La comparaison avec la succession d’états induits par le champ dans graphite jusqu’à B=90T révèle que l’état fondamental d’un gaz d’électrons 3D au-delà de la QL n’est pas universel et dépend du système. Nos résultats suggèrent l’existence d’un état de surface conducteur dans InAsThis manuscript focuses on the electronic heat/charge transport dichotomy and the beyond-quantum-limit transport properties of dilute metals.In the first part, we report on a study of two semi-metals, WP2 and Sb. In both cases, we found that the Wiedemann-Franz (WF) law is recovered at low temperature (T ≈ 2 K), but not at T ≈ 15 K. We show that the finite-temperature deviation from the WF law is due to a mismatch between the prefactors of the T 2-resistivities. In the Boltzmann picture of transport, this difference is associated with abundant small-angle scattering among electrons. However, we argue that momentum-conserving fermionic collisions in normal-state liquid 3He also produce a thermal T2-resistivity. This opens the door for an alternative interpretation : the existence of a hydrodynamic regime of electrons in these semi-metals. In this scenario, the larger T2 thermal resistivity is due to momentum-conserving electronic collisions. In the case of Sb, the ratio of the two T2-prefactors evolves with sample size. This observation supports the hydrodynamic scenario. Finally, we find a large hydrodynamic correction in the phononic thermal conductivity. The second part deals with the fate of the Fermi sea in the quantum limit (QL). In the doped semi-conductor InAs, we observe a field-induced insulating state for all geometries of transport. The comparison with the succession of field-induced states in graphite up to B = 90 T reveals that the ground state of a 3D electron gas beyond the QL is system-dependent. The observation of a saturating resistivity accompanied by vanishing thermoelectric coefficients in InAs points to the existence of a conductive surface state
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Morthomas, Julien. "Intéractions hydrodynamiques entre colloïdess confinés le long d'une paroi." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13882/document.
Full textAbstract:
Appliquer un champ électrique ou un gradient de température à une solution colloïdale implique la migration des particules (soluté) en suspension. Ce déplacement n’est pas la conséquence de forces de volume comme dans le cas de la sédimentation mais de forces interfaciales agissant sur la double couche électrique présente à la surface des particules colloïdales chargées. Ces forces induisent un écoulement de surface qui à son tour engendre un champ de vitesse du fluide en 1/r³ autour des particules dans la direction opposée à leurs déplacements, où r distance au centre des particules. Dans ce travail on considère une situation différente où la suspension est confinée dans un demi-espace infini limité par une paroi rigide. Un colloïde, sous l’action d’un champ extérieur, se dépose le long de la surface rigide. Bien qu’immobile le colloïde continue de pomper le fluide environnant. Il apparaît alors un écoulement latéral le long du mur et en direction du colloïde. D’autres colloïdes insérés dans un tel écoulement subissent une force hydrodynamique de trainée à l’origine de la formation d’agrégats. De tels agrégats ont été observés aussi bien lors de déposition électrophorétique que plus récemment lors de déposition thermophorétique pour des particules micrométriques en solution aqueuse. Le champ de vitesse confiné prend une forme plus complexe que dans le cas infini : il doit satisfaire à la fois la condition limite fixée à la surface de la particule et sur le mur. Deux méthodes perturbatives, la méthode des réflexions et la méthode d’Oseen, sont utilisées pour résoudre l’équation de Stokes et trouver une solution exacte pour l’écoulement autour du colloïde confiné en puissance de e = a/h rapport du rayon de la particule sur sa distance au mur. La solution usuelle à l’ordre zéro en e donne de pauvres résultats alors que les corrections suivantes donnent de meilleurs conclusions en accord avec les récentes mesures expérimentales de potentiel hydrodynamique de paire entre colloïdes sous champ confinés le long d’un murApplying a steady electric field or a constant thermal gradient to a colloidal suspension induces a finite velocity of the dispersed particles. The motion of particles is not due to a net body force like in sedimentation but to interfacial forces acting on the electric double layer at their surface. These forces involve a surface flow, which, in turn, results in a velocity field of the surrounding fluid in 1/r³ in the opposite direction of the particle displacement, with r the distance from the centre of the particle. In this work we consider a somewhat different situation, where the suspension is confined to a semi-infinite half space. The particle, under the action of the applied field, is trapped against the solid interface. Still, the creep flow remains; more precisely the particle continues to pump the fluid in the opposite direction. As a consequence there arises a lateral flow along the solid surface towards the particle. Thus others particles inserting themselves in this flow undergo drag forces and form clusters. Particles aggregation has been observed in Electrophoresis deposition and more recently in Thermophoresis deposition for micron sized polystyrene beads in aqueous solution. The total velocity field takes a form significantly more complicated than in the above mentioned unbounded cases; it must satisfy boundary conditions both at the particle surface and at the confining wall. Using the perturbative method of reflections or Oseen method based on Fourier transform we resolve the Stokes equation and find an analytic solution for the drag flow along the interface in powers of the ratio e=a/h of particle radius and wall distance. The usual solution at the zero order induces poor approximation, when following corrections in e involves better results in agreement with experimental measurements of hydrodynamic pair potential between two particles along a wall
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Szubert, Damien. "Physics and modelling of unsteady turbulent flows around aerodynamic and hydrodynamic structures at high Reynold number by numerical simulation." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/15129/2/szubert_1.pdf.
Full textAbstract:
This thesis aims at analysing the predictive capabilities of statistical URANS and hybrid RANS-LES methods to model complex flows at high Reynolds numbers and carrying out a physical analysis of the near-region turbulence and coherent structures. This study handles configurations included in the European research programmes ATAAC (Advanced Turbulent Simulation for Aerodynamics Application Challenges) and TFAST (Transition Location Effect on Shock Wave Boundary Layer Interaction). First, the detached flow in a configuration of a tandem of cylinders, positionned behind one another, is investigated at Reynolds number 166000. A static case, corresponding to the layout of the support of a landing gear, is initially considered. The fluid-structure interaction is then studied in a dynamic case where the downstream cylinder, situated in the wake of the upstream one, is given one degree of freedom in translation in the crosswise direction. A parametric study of the structural parameters is carried out to identify the various regimes of interaction. Secondly, the physics of the transonic buffet is studied by means of time-frequency analysis and proper orthogonal decomposition (POD), in the Mach number range 0.70–0.75. The interactions between the main shock wave, the alternately detached boundary layer and the vortices developing in the wake are analysed. A stochastic forcing, based on reinjection of synthetic turbulence in the transport equations of kinetic energy and dissipation rate by using POD reconstruction, has been introduced in the so-called organised-eddy simulation (OES) approach. This method introduces an upscale turbulence modelling, acting as an eddy-blocking mechanism able to capture thin shear-layer and turbulent/non-turbulent interfaces around the body. This method highly improves the aerodynamic forces prediction and opens new ensemble-averaged approaches able to model the coherent and random processes at high Reynolds number. Finally, the shock-wave/boundary-layer interaction (SWBLI) is investigated in the case of an oblique shock wave at Mach number 1.7 in order to contribute to the so-called "laminar wing design" studies at European level. The performance of statistical URANS and hybrid RANS-LES models is analysed with comparison, with experimental results, of integral boundary-layer values (displacement and momentum thicknesses) and wall quantities (friction coefficient). The influence of a transitional boundary layer on the SWBLI is featured.
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Pitters, Hermann-Helmut. "Aspects of exchangeable coalescent processes." Thesis, University of Oxford, 2015. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:dbd83051-cffa-4fc9-b33f-59f837d8a9c2.
Full textAbstract:
In mathematical population genetics a multiple merger n-coalescent process, or Λ n-coalescent process, {Πn(t) t ≥ 0} models the genealogical tree of a sample of size n (e.g. of DNA sequences) drawn from a large population of haploid individuals. We study various properties of Λ coalescents. Novel in our approach is that we introduce the partition lattice as well as cumulants into the study of functionals of coalescent processes. We illustrate the success of this approach on several examples. Cumulants allow us to reveal the relation between the tree height, Tn, respectively the total branch length, Ln, of the genealogical tree of Kingman’s n-coalescent, arguably the most celebrated coalescent process, and the Riemann zeta function. Drawing on results from lattice theory, we give a spectral decomposition for the generator of both the Kingman and the Bolthausen-Sznitman n-coalescent, the latter of which emerges as a genealogy in models of populations undergoing selection. Taking mutations into account, let Mj count the number of mutations that are shared by j individuals in the sample. The random vector (M1,...,Mn-1), known as the site frequency spectrum, can be measured from genetical data and is therefore an important statistic from the point of view of applications. Fu worked out the expected value, the variance and the covariance of the marginals of the site frequency spectrum. Using the partition lattice we derive a formula for the cumulants of arbitrary order of the marginals of the site frequency spectrum. Following another line of research, we provide a law of large numbers for a family of Λ coalescents. To be more specific, we show that the process {#Πn(t), t ≥ 0} recording the number #Πn(t) of individuals in the coalescent at time t, coverges, after a suitable rescaling, towards a deterministic limit as the sample size n grows without bound. In the statistical physics literature this limit is known as a hydrodynamic limit. Up to date the hydrodynamic limit was known for Kingman’s coalescent, but not for other Λ coalescents. We work out the hydrodynamic limit for beta coalescents that come down from infinity, which is an important subclass of the Λ coalescents.
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Villaret, Catherine. "Etude expérimentale et numérique des lois d'érosion pour des sédiments cohésifs." Grenoble 1, 1987. http://www.theses.fr/1987GRE10140.
Full textAbstract:
On etudie l'erosion de sediments cohesifs par des courants permanents. A partir de mesures experimentales, on etablit des lois d'erosion qui permettent de calculer le taux d'erosion en fonction de la difference entre les contraintes de cisaillement (frottement) au fond et la rigidite du lit. Puis a l'aide d'un modele numerique predictif de couche limite turbulente, on analyse l'hypothese disant que le courant n'est pas affecte par la presence de suspensions. On infirme cette hypothese et on montre que l'amortissement de la turbulence augmente avec la vitesse de chute des sediments et avec la concentration de la suspension
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Paquier, Anne-Éléonore. "Interactions de la dynamique hydro-sédimentaire avec les herbiers de phanérogames, Étang de Berre." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM3064/document.
Full textAbstract:
Au début du 20ème siècle, l'étang de Berre était occupée par de larges prairies sous-marines de Zostera qui ont fortement réduit sous l'impact des pollutions et arrivées massives d'eau douce par le canal EDF. Pollutions et arrivées d'eaux ont beaucoup réduit mais les herbiers ne s'étendent pas vers le large. Cette thèse a donc pour but d'analyser les interactions entre les herbiers sous-marins de l'étang de Berre basé sur l'hypothèse que la dynamique hydro-sédimentaire peut jouer un rôle dans le maintien des herbiers à l'état relique. Dans cette lagune, le vent conditionne l'hydrodynamisme en générant des vagues de vent et des courants.L'atténuation des vagues par l'herbier est en lien avec la hauteur des vagues (dépendant de la vitesse du vent, la longueur de fetch et des effets de réfraction lié à la morphologie de la anse) et est modulée par la biométrie de l'herbier, le niveau d'eau ou la présence de courants. Alors qu'au dessus de l'herbier, les courants sont rapides et fortement influencés par le vent et les vagues de vent, une couche de transition eau-canopée permet la dissipation de l'énergie des vagues et des courants. Dans la canopée, les courants sont très atténués grâce à la présence de l'herbier. L'herbier apparaît comme un élément important de la dynamique sédimentaire car il peut, par sa simple présence, réduire l'hydrodynamisme et modifier l'évolution du fond dans et en arrière de l'herbier et protéger la plage. Le niveau de récurrence de vents forts semble contrôler les évolutions sédimentaires.Les fortes interactions de l'herbier avec la dynamique hydro-sédimentaire laissent penser qu'elle pourrait limiter leur extension dans des zones plus exposéesBerre lagoon was occupied by extensive meadows at the turn of the 20th century which regressed down under the impact of urban and industrial pollution and inflow of the EDF canal. Even though freshwater inputs and pollutions were drastically reduced respectively in the 1980s and 1990s, meadows have not significantly gained ground. This thesis aims at analysing the interactions between seagrass meadows of Berre lagoon, hydrodynamics and sedimentary processes, based on the postulate that these mechanisms are important in the maintenance of the meadows in their present dispersed form. In the lagoon, winds constitute the dominant influence on hydrodynamics in the lagoon by generating wind waves and currents. Wave attenuation is linked to wave height, which is, in turn, dependent on wind intensity and fetch length and modified by the bay morphology. Wave attenuation is also modulated by meadow biometry, and by water levels and currents.Whereas currents are strong and strongly influenced by wind and wind waves above the meadow, a transition canopy-water layer dissipates waves and currents. In the canopy, currents are thus attenuated.The meadow is not just a passive element in the overall sediment dynamics since it reduces energy and thus modifies substrate changes within and in the back of the meadow, thus protecting the shoreline. However, it is the recurrence of strong wind that seems to drive sedimentary changes. The strong interactions between the meadow and the hydrodynamic and sedimentary processes could limit the extension of the meadow in areas more exposed to waves
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Yadala, Venkata Srikar. "Plasma-flow interfaces for instability control." Thesis, Poitiers, 2020. http://www.theses.fr/2020POIT2292.
Full textAbstract:
La recherche présentée dans cette thèse se concentre sur la conception et l’utilisation d’actionneurs plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD) de faible épaisseur et à géométrie complexe afin d’exercer un contrôle d’instabilité sur deux configurations d’écoulement dont la dynamique est régie par des mécanismes d’instabilités primaires et/ou secondaires. Le cas d’une couche limite tridimensionnelle telle que rencontrée sur une aile en flèche est étudié à l’aide de deux stratégies de forçage permettant de manipuler la transition induite par un phénomène d’instabilité stationnaire. Ici, un réseau d’éléments de rugosité discrets (DRE) est installé en amont du forçage par DBD afin de verrouiller l’origine et l’évolution des tourbillons stationnaires transversaux de la couche limite. La première approche de forçage consiste à modifier l’écoulement amont par déformation (UFD). Une seconde approche par modification directe de l’écoulement de base est également introduite (BFM). Un retard de transition est observé indépendamment du forçage réalisé. Cependant, comme les tourbillons transverses sont fortement amplifiés en raison de l’utilisation de DRE, l’action par approche UFD peut conduire à la fois à une atténuation directe des structures fluidiques transverses telle qu’envisagée mais aussi à une action non intentionnelle sur la nature inflectionnelle de l’écoulement de base. La méthode BFM résulte en une interaction directe sur les tourbillons transverses, interactions confirmées par une étude théorique de l’instabilité sous l’effet d’un modèle simplifié d’actionneur DBD. Il s’agit de la première démonstration expérimentale du retard de transition sur une aile en flèche grâce à l’effet d’un actionneur plasma et également à la première preuve de concept expérimentale de la stratégie BFM.Le sillage d’une couche de mélange plane à bord épais et les phénomènes d’instabilité primaire et secondaire responsables pour l’expansion spatio-temporelle du sillage sont également étudiés. Des conditions de forçage fréquentiel puis spatial sont successivement testées et analysées par approche spectrale (décomposition orthogonale spectrale, SPOD) sur des données expérimentales de PIV multi-champs résolues en temps. L’instabilité primaire est excitée par un forçage spatialement homogène pulsé à la fréquence naturellement la plus amplifiée. Ce forçage l’atténue les instabilités aux sous-harmoniques et inhibe l’appariement tourbillonnaires. A l’inverse, le forçage aux sous-harmoniques renforce les phénomènes d’appariement conduisant à un fort taux d’épanouissement de la couche de mélange. Enfin, l’effet d’un forçage modulé spatialement se traduit par un taux d’accroissement variant selon la position transverse et qui traduit à la fois le renforcement et la modulation spatiale des structures à grande échelle. La segmentation du forçage selonl’envergure de la couche de mélange permet toujours de modifier les structures transverses mais en sus, la coalescence des structures longitudinales et transversales est favorisée.Les travaux de recherche réalisés confirment la capacité des actionneurs plasma de type DBD à exercer un forçage modulé à la fois temporellement et spatialement. La large réduction de la puissance électrique consommée dans le cas d’un forçage modulé spatialement permet une amélioration notable de l’efficacité du système de contrôleThe research presented in this thesis focuses on the design and use of dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators with thin and complex geometry electrodes to exert instability control on two flow configurations whose dynamics are governed by primary and/or secondary instability mechanisms.The case of a three-dimensional boundary layer as encountered on a swept wing is studied using two forcing strategies to manipulate the transition induced by a stationary instability phenomenon. Here, an array of discrete roughness elements (DRE) is installed upstream of the DBD forcing in order to lock the origin and evolution of the stationary cross-flow (CF) vortices in the boundary layer. The first forcing approach is upstream flow deformation (UFD). The second approach based on direct modification of the base flow is also introduced (BFM). Independent of the forcing applied, a transition delay is observed. However, as the CF vortices are strongly amplified due to the use of DRE, the action by UFD approach can lead both to a direct attenuation of the CF vortices as envisaged but also to an unintentional action on the inflectional nature of the base flow. The BFM method results in a direct attenuation of the CF velocity component, which is also confirmed by a theoretical study of instability under the effect of the DBD actuator through a simplified model. This is not only the first experimental demonstration of transition delay on a swept wing using plasma actuators, but also the first experimental proof of concept of the BFM strategy.The wake of a plane mixed layer with a thick edge and the primary and secondary instability phenomena responsible for the spatio-temporal expansion of the wake are also studied. Frequency and then spatial forcing conditions are successively tested and analysed by spectral approach (spectral proper orthogonal decomposition, SPOD) on experimental data from multi-field time-resolved particle image velocimetry. The primary instability is excited by a spatially uniform forcing pulsed at the naturally most amplified frequency. It is shown that the mean component of the flow is not modified while the spectral content of the mixing layer is largely affected. This forcing leads, in particular, to the inhibition of the pairing of vortical structures due to the attenuation of sub-harmonic instabilities. Conversely, direct forcing of sub-harmonic instabilities results in a reinforcement of the pairing phenomena, leading to a higher growth rate of the mixing layer. Finally, spatially modulated forcing results in a growth that varies according to the spanwise position, which reflects both the reinforcement and the spatial modulation of large-scale spanwise structures. The modulation of the forcing according to the scale of the mixing layer always allows the modification of the spanwise structures but in addition, the coalescence of the streamwise and spanwise structures is favoured.The research work carried out confirms the ability of DBD plasma actuators to exert a forcing modulated both temporally and spatially. The proposed actuators allow only a partial control of the instability phenomena in the three-dimensional boundary layer while the high receptivity of the initial region of a mixing layer has led to significant results both on the dynamics of spanwise and streamwise coherent structures. Thanks to a large reduction of the electrical power consumed in the case of spatially modulated forcing, the efficiency of the control system is greatly improved
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Taileb, Saïd. "Vers des simulations numériques prédictives des détonations gazeuses : influence de la cinétique chimique, de l’equation d’etat et des effets tridimensionnels Influence of the chemical modeling on the quenching limits of gaseous detonation waves confined by an inert layer Computation of the mean hydrodynamic structure of gaseous detonations with losses Numerical study of 3D gaseous detonations in a square channel." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0012.
Full textAbstract:
La présente étude s’inscrit dans le cadre général des simulations numériques des détonations dans des conditions non-idéales. Les configurations abordées correspondent à des écoulements rencontrés dans les accidents industriels ainsi que dans les moteurs à détonation rotative, dans lequel le combustible est injecté à des pressions élevées dans un milieu confiné par des gaz inertes. Les simulations conduites reposent sur un code de simulation numérique RESIDENT (REcycling mesh SImulation of DEtonations) développé à l’Institut Pprime. Il s’appuie sur des schémas numériques d’ordre élevé adaptés à la capture des chocs, avec un schéma d’interpolation MP d’ordre 9, un solveur HLLC-M et une intégration temporelle de Runge-Kutta d’ordre 3. Dans un premier temps, l’influence des équations d’état (EOS) sur la structure cellulaire de la détonation a été étudiée avec les deux EOS : gaz parfaits et Noble-Abel. Les résultats ont montré que l’interaction d’une ligne de glissement avec un ensemble de points triples est responsable de la création d’un nouveau point triple. L’augmentation du coefficient isentropique post-choc inhibe l’apparition de ces instabilités et régularise la structure cellulaire. Ce résultat tire son importance du fait que la structure cellulaire conditionne les règles empiriques de dimensionnement. Dans un second temps, l’influence de la modélisation de la cinétique chimique sur la structure de la détonation et ses limites d’extinction a été étudiée à l’aide de trois schémas cinétiques de complexité croissante : chimie à une étape globale, à trois étapes et chimie détaillée. Malgré les similitudes sur la dynamique du front et sur la structure cellulaire, les résultats présentent des différences significatives lorsque la détonation est soumise à des pertes latérales par un confinement par gaz inerte.Cette étude met en évidence l’impact du modèle cinétique sur la prédiction des limites d’extinction des détonations observées expérimentalement. Finalement, l’influence des effets tridimensionnels sur la dynamique de la détonation a été étudiée. Des comparaisons de simulations 2-D et 3-D ont été effectuées dans le cas d’une configuration d’une détonation marginale et d’une détonation semi-confinée. Malgré les différences dans la topologie de l’écoulement,des similitudes ont été observées dans la structure moyenne lorsque la détonation est idéale. L’analyse de l’énergie des fluctuations totale a révélé que les fluctuations d’entropie sont plus importantes que les fluctuations totales de pression. Dans le cas de la détonation semi-confinée, les effets 3-D se manifestent par un déficit de vitesse moindre qu’en 2-D lorsque la détonation se propage à la même hauteur réactive. Le déficit de vitesse est alors corrélé au rapport de l’épaisseur hydrodynamique avec le rayon de courbure, malgré une courbure moyenne plus importante du front en 3-DThis study is part of the general framework of numerical simulations of detonations under non-ideal conditions.The configurations discussed correspond to flows encountered in industrial hazards and rotating detonation engines.Simulations are based on an inhouse code RESIDENT (REcycling mesh SImulation of DEtonations) developed at the Pprime Institute. It is based on high-order shock capturing schemes, with a MP9 interpolation scheme, a HLLC-M solver and a 3rd Runge-Kutta time integration. At first, the influence of the equation of state (EOS) on the cellular detonation structure has been studied with two EOS : Perfect gas and Noble-Abel. The numerical results have shown that new triples points are generated from the interaction of a slip line with already existing triple points. The increase of the post-shock isentropic coeffient has inhibited the appearance of these instabilities and has regularized the cell structure. This results may be important as engineering correlations are based on the cell size and regularity. Secondly, the influence of chemical modelling on the structure of the detonation and its extinction limits were studied using three kinetic models of increasing complexity : single-step, three-step chain-branching and detailed chemistry. Despite the macroscopic features are similar, the outcome of the critical height of a detonation confined by an inert layer is significantly different, highlighting the impact of the kinetics in predicting the extinction limits observed in experiments. Finally, the influence of three-dimensional effects on the dynamics of detonation was studied. Comparisons of 2-D and 3-D simulations are carried out in the case of marginal and semi-confined detonations. Despite the differences observed in the flow topology, similarities were found in the mean structure when the detonation propagation is ideal. The analysis of the total fluctuation energy revealed that entropy fluctuations are more important than pressure fluctuations. In the case of semi-confined detonation, 3-D effects manifests a smaller velocity deficit than in 2-D when the detonation propagates at the same reactive height. The velocity deficitis correlated to the ratio of the hydrodynamic thickness to the radius of curvature, despite the higher average curvature of the 3-D front
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Aelbrecht, Denis. "Étude expérimentale de la rectification d'un écoulement alternatif pariétal en milieu tournant et de la turbulence d'une couche d'Ekman oscillante : application aux courants de marée en Manche orientale." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1995. http://www.theses.fr/1995GRE10103.
Full textAbstract:
La rectification d'un ecoulement de fluide homogene force alternativement sur un fond plat horizontal et le long d'une paroi verticale en milieu tournant est etudie experimentalement. On montre comment les echanges de quantites de mouvement entre la couche d'ekman et la couche limite contre la paroi provoquent une interaction non lineaire forte entre les composantes horizontales du courant, qui engendre un courant residuel significatif le long de la paroi. Ce courant laisse la paroi verticale sur sa droite dans le cas d'une rotation correspondant a l'hemisphere nord. Les caracteristiques de ce courant residuel, ou rectifie, sont determinees a l'aide de techniques de visualisation et de mesure velocimetrique. L'evolution parametrique du phenomene est confrontee avec une modelisation theorique de l'ecoulement et avec des simulations numeriques. L'existence d'un courant residuel cotier le long des cotes francaises de la manche orientale rend pertinente l'application de notre etude aux courants de maree de cette region. On etudie ensuite la transition vers la turbulence de la couche d'ekman presente sous l'ecoulement alternatif force. Des reseaux d'ondes d'instabilite peuvent apparaitre, puis interagir si le nombre de reynolds est grand, ou encore se detruire au moment de la renverse du courant. Ces explosions engendrent un melange vertical important. Des mesures de fluctuations des vitesses, realisees au film chaud, confirment les observations. On peut encore envisager d'appliquer ces resultats a la turbulence de fond des courants de maree dans la manche
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Josserand, Jacques, and Antoine Alemany. "Modélisation des processus de l'électrodéposition continue : approche couplée hydrodynamique et électrochimique." Grenoble INPG, 1994. http://www.theses.fr/1994INPG0031.
Full textAbstract:
Les processus de depot electrolytique par voie humide sont utilises dans un grand nombre de secteurs industriels dans un but de protection contre la corrosion mais aussi d'amelioration du contact electrique ou de l'esthetique. Lorsque le revetement est realise en continu sur un substrat en mouvement, son homogeneite peut dependre fortement de l'hydrodynamique du bain electrolytique. Le travail presente concerne l'analyse des causes de non-uniformite du depot, liees a une distribution non homogene du courant electrique sur la cathode. Une description des phenomenes rappelle comment l'homogeneite du depot peut etre affectee soit par les chutes ohmiques du potentiel electrique dans le bain, soit par le renouvellement hydrodynamique des especes electroactives consommees a la cathode. Ces effets sont d'autant plus marques que la cinetique de la reaction electrochimique est rapide. Selon la vitesse relative de chacun de ces phenomenes, il apparait trois cas typiques de modelisation. Pour chacun de ces cas, des formulations numeriques adaptees ont ete generees sur le logiciel commercial de type elements finis flux-expert et validees. Les calculs permettent de retrouver les tendances observees lors du depot d'or sur connecteurs. L'influence de l'hydrodynamique parietale a ete prise en compte dans les cas laminaires et turbulents par determination d'une diffusivite apparente locale. Pour etendre cette approche a l'hydrodynamique complexe des cellules industrielles, une installation experimentale a ete realisee. Base sur la technique electrodiffusionnelle et l'insertion de microelectrodes a la surface d'une cathode mobile, ce dispositif permet de determiner, selon sa configuration, l'hydrodynamique parietale ou les transferts de masse a grand nombre de schmidt. Dans le travail ici presente, cette methode experimentale a ete validee dans sa premiere configuration
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Amailland, Sylvain. "Caractérisation de sources acoustiques par imagerie en écoulement d'eau confiné." Thesis, Le Mans, 2017. http://www.theses.fr/2017LEMA1037/document.
Full textAbstract:
Les exigences en matière de bruit rayonné par les navires de la Marine ou de recherche engendrent le développement de nouvelles méthodes pour améliorer leurs caractérisations. Le propulseur, qui est la source la plus importante en champ lointain, est généralement étudié en tunnel hydrodynamique. Cependant, compte tenu de la réverbération dans le tunnel et du niveau élevé du bruit de couche limite turbulente (CLT), la caractérisation peut s’ avérer délicate. L'objectif de la thèse est d'améliorer les capacités de mesures acoustiques du Grand Tunnel Hydrodynamique (GTH) de la DGA en matière de bruits émis par les maquettes testées dans des configurations d'écoulement.Un modèle de propagation basé sur la théorie des sources images est utilisé afin de prendre en compte le confinement du tunnel. Les coefficients de réflexion associés aux parois du tunnel sont identifiés par méthode inverse et à partir de la connaissance de quelques fonctions de transfert. Un algorithme de débruitage qui repose sur l’ Analyse en Composantes Principales Robuste est également proposé. Il s'agit de séparer, de manière aveugle ou semi-aveugle, l’ information acoustique du bruit de CLT en exploitant, respectivement, la propriété de rang faible et la structure parcimonieuse des matrices interspectrales du signal acoustique et du bruit. Ensuite, une technique d'imagerie basée sur la méthode des sources équivalentes est appliquée afin de localiser et quantifier des sources acoustiques corrélées ou décorrélées. Enfin, la potentialité des techniques proposées est évaluée expérimentalement dans le GTH en présence d'une source acoustique et d'un écoulement contrôléThe noise requirements for naval and research vessels lead to the development of new characterization methods. The propeller, which is the most important source in the far field, is usually studied in a water tunnel. However, due to the reverberation in the tunnel and the high level of flow noise, the characterization may be difficult. The aim of the thesis is to improve the measurement capabilities of the DGA Hydrodynamic tunnel (GTH) in terms of noise radiated by models in flow configurations.The propagation model is described through the image source method. Unfortunately, the reflection coefficients of the tunnel walls are generally unknown and it is proposed to estimate these parameters using an inverse method and the knowledge of some reference transfer functions. The boundary layer noise (BLN) may be stronger than the acoustic signal, therefore a Robust Principal Component Analysis is introduced in order to separate, blindly or semi-blindly, the acoustic signal from the noise. This algorithm is taking advantage of the low rank and sparse structure of the acoustic and the BLN cross-spectrum matrices. Then an acoustic imaging technique based on the equivalent source method is applied in order to localize and quantify correlated or decorrelated sources. Finally, the potentiality of the proposed techniques is evaluated experimentally in the GTH in the presence of an acoustic source and a controlled flow
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Cathelain, Marie. "Développement d’un modèle de simulation déterministe pour l’étude du couplage entre un écoulement atmosphérique et un état de mer." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0001/document.
Full textAbstract:
La physique de la couche limite atmosphérique en domaine océanique est principalement régie par les processus couplés liés au vent, à l’état de mer local, et à des effets de flottabilité. Leur compréhension reste néanmoins parcellaire et leurs descriptions théoriques et stochastiques sont pour le moins lacunaires, lorsqu’elles ne sont tout simplement pas mises à mal par les rares observations. Dans un contexte d’exploitation croissante de la ressource éolienne offshore, la mise en place de méthodes numériques visant à une description plus fine des propriétés turbulentes de cette couche limite sera une étape déterminante dans la réduction des coûts et l’optimisation des structures pour des rendements de récupération d’énergie améliorés. Ainsi, un outil numérique a été mis en place afin d’étudier le couplage entre un écoulement atmosphérique et l’état de mer. Un code Large-Eddy Simulation massivement parallèle pour la simulation des écoulements atmosphériques incompressibles développé par P. Sullivan au National Center for Atmospheric Research est couplé à un code spectral d’états de mer non-linéaires développé au Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique. De nombreuses configurations de vents et d’états de mer sont modélisées. On montre que les lois semi empiriques souvent utilisées pour représenter la distribution verticale de la vitesse moyenne du vent sont une bonne approximation dans les situations où un petit état de mer est soumis à un fort vent. Néanmoins, dans le cas de houles très rapides se propageant dans des zones de faible vent, la création d’un jet de vent par la houle invalide ces lois semi-empiriquesModelling the dynamic coupling of ocean-atmosphere systems requires a fundamental and quantitative understanding of the mechanisms governing the windwave interactions: despite numerous studies, our current understanding remains quite incomplete and, in certain conditions, sparse field observations contradict the usual theoretical and stochastic models. Within the context of a growing exploitation of the offshore wind energy and the development of met ocean models, a fine description of this resource is a key issue. Field experiments and numerical modelling have revealed that atmospheric stability and wave effects, including the dynamic sea surface roughness, are two major factors affecting the wind field over oceans. A numerical tool has been implemented in order to study the coupling between an atmospheric flow and the seastate. A massively parallel large-eddy simulation developed by P. Sullivan at the National Center for Atmospheric Research is then coupled to a High-Order Spectral wave model developed at the Hydrodynamics,Energetics & Atmospheric Environment Laboratory in Ecole Centrale de Nantes. Numerous configurations of wind and sea states are investigated. It appears that, under strongly forced wind conditions above a small sea state, the semi-empirical laws referred to as standards in the international guidelines are a good approximation for the vertical profile of the mean wind speed. However, for light winds overlying fast-moving swell, the presence of a wave induced wind jet is observed, invalidating the use of such logarithmic laws
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Chapalain, Georges. "Étude hydrodynamique et sédimentaire des environnements littoraux dominés par la houle." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1988. http://www.theses.fr/1988GRE10121.
Full textAbstract:
La propagation des houles longues est étudiée expérimentalement, théoriquement et numériquement. La validité du modèle harmonique quasi-résonnant de lau et barcilon (1972) est confirmée. Les processus hydro-sédimentaires se développant dans la couche limite turbulente de fond générée par la houle sont analysés à l'aide d'un modèle uni-dimensionnel avec fermeture turbulente au second ordre. Un modèle simplifie avec fermeture turbulente au premier ordre est envisagé dans la perspective d'une modélisation des interactions des trains de houle avec un fond sableux. La modélisation hydro-morphologique ainsi élaborée explique la formation des barres sableuses d'avant-cote. Elle est confrontée avec succès à des mesures effectuées dans le lac Huron et dans le golfe du Saint-Laurent. L'extension de la modélisation a des substrats de granulométrie étendue est réalisée en vue de la simulation du tri granulométrique observe sur les systèmes de barres littorales. Enfin, un essai d'intégration des pertes d'énergie par les déferlements multiples survenant sur les séquences de barres est entrepris.
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Porras, Vazquez Alejandro. "A molecular approach to the ultimate friction response of confined fluids." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI087.
Full textAbstract:
Afin de contrôler les pertes d'énergie dans les systèmes mécaniques, un film mince de lubrifiant est souvent introduit entre les solides en contact. Les contacts lubrifiés ponctuels fonctionnent en régime élastohydrodynamique, caractérisé par des pressions élevées (de l’ordre du GPa) et des épaisseurs de film minces (de l’ordre de 100 nanomètres). A des taux de cisaillement élevés, le fluide peut présenter une contrainte de cisaillement limite dont l’origine physique est encore incertaine. Actuellement, les modèles empiriques disponibles pour la prédiction du frottement ne décrivent pas la réponse ultime des lubrifiants dans ces conditions sévères. De plus, l'analyse expérimentale in-situ est très difficile à réaliser en raison du confinement et des fortes pressions. Ainsi, dans cette thèse, le problème est abordé sous l’angle de la modélisation à l’échelle atomique. Le comportement en cisaillement de trois de fluides (un fluide de traction, un lubrifiant modèle et un lubrifiant industriel pour le secteur aérospatial) est analysé par simulation Dynamique Moléculaire. Les résultats numériques sont ensuite comparés qualitativement et quantitativement à des essais expérimentaux. La réponse en frottement est indépendante du profile de vitesse dans l’épaisseur du confinement, ce dernier apparaissant plutôt comme une conséquence des conditions limites aux surfaces. Le régime de frottement limite apparaît naturellement lorsque le lubrifiant est soumis à des conditions thermodynamiques caractéristiques d’un état solide. Dans ce cas, la dynamique des molécules est fortement ralentie. L’énergie d’activation augmente rapidement avec la pression, de sorte que la diffusion devient négligeable à forte pression, même aux taux de cisaillement sévères imposés dans les simulations Dynamique Moléculaire. La réponse macroscopique à ce phénomène est donc une saturation de la valeur du frottement. Ce travail s’achève en jetant les bases d’une modélisation qui pourra permettre la prédiction du frottement lubrifié sous conditions sévèresIn order to control energy losses in mechanical systems, a thin film of lubricant is often introduced between the solids in contact. The lubricated point contacts operate in the elastohydrodynamic regime, characterized by high pressures (of the order of GPa) and thin film thicknesses (of the order of 100 nanometers). At high shear rates, the fluid may exhibit a limiting shear stress whose physical origin is still uncertain. At present, the empirical models available for the prediction of friction fail to describe the ultimate response of lubricants at these severe operating conditions. In addition, in-situ experimental analysis is very difficult to achieve due to confinement and high pressures. Thus, in this thesis, the problem is approached from the angle of modeling at the atomic scale. The shear behavior of three fluids (a traction fluid, a model lubricant and an industrial lubricant for the aerospace industry) is analyzed by Molecular Dynamics Simulation. The numerical results are then compared qualitatively and quantitatively with experimental tests. The friction response is independent of the velocity profile in the confinement thickness, the latter appearing rather as a consequence of boundary conditions at the surfaces. The limiting friction regime naturally occurs when the lubricant is subjected to thermodynamic conditions characteristic of a solid state. In this case, the dynamics of the molecules is strongly slowed down. The activation energy increases rapidly with the pressure, so that the diffusion becomes negligible at high pressure, even at the severe shear rates imposed in the Molecular Dynamics simulations. The macroscopic response to this phenomenon is thus a saturation of the value of friction. This work ends by laying the foundations of a modeling that will allow the prediction of lubricated friction under severe conditions
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Hugues, Florian. "Modelling the vibrations generated by turbulent flows in ducts." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2470/document.
Full textAbstract:
La prédiction des vibrations induites par un écoulement est essentielle dans la conception des conduits de nombreuses installations industrielles, en particulier dans l’industrie du gaz. Notre étude concerne la prévision du bruit et la vibration des conduits soumis à un écoulement turbulent à faible nombre de Mach. Notre objectif est de présenter une étude numérique et expérimentale permettant aux ingénieurs de mieux comprendre le couplage entre l’excitation aléatoire et le conduit pour deux géométries (circulaire ou rectangulaire). Une approche expérimentale est développée et utilisée pour valider les prévisions numériques. Deux cas sont étudiés : (i) un conduit droit sans singularité, où les modes acoustiques du conduit sont excités par une couche limite turbulente (TBL) et (ii) un conduit droit avec un diaphragme inséré en amont qui génère une source acoustique localisée. La contribution acoustique est déterminée soit par des méthodes de mesure d’interspectres, soit à l’aide des outils de mécanique des fluides numérique (CFD) et d’analogies aéroacoustiques. La réponse de la structure est estimée par une approche dite de « couplage faible » qui utilise des fonctions de transfert modale d’un conduit fini simplement appuyé. Les mesures conduiront à évaluer et suggérer des améliorations de modèles empiriques existants de densité interspectrale de puissance (CPSD) dans un contexte d’écoulements internes turbulents. Une analyse modale expérimentale d’un conduit rectangulaire finie est confrontée à des méthodes de calcul pour évaluer l’effet des conditions aux limites, du rayonnement acoustique et de l’amortissement aérodynamique. Le couplage fluide structure est analysé par la fonction de « joint acceptance » à la fois dans le domaine spatial et dans le domaine des nombres d’onde. L’excitation comprend à la fois les contributions acoustiques et hydrodynamiques à l’aide des CPSD exprimées sur la base des fonctions de cohérence de type Corcos, champ diffus et modes acoustiques d’ordre élevé. Enfin, les études numériques et expérimentales de cette thèse ont été utilisées pour développer un cadre d’étude et de modélisation du bruit et des vibrations dans les conduites, qui relie la dynamique des fluides, les modèles analytiques et empiriques à des techniques efficaces d’analyse aléatoirePipeline and duct vibrations can cause a range of issues from unplanned shutdownsto decreased equipment life time. Thus, the prediction of flow-induced vibrations is essential in piping design in many industrial plants, especially, for Gas industry. This study deals with the prediction of pipe flow noise and vibration at low Mach number. We aim to present a numerical and experimental study which can offer engineers a better understanding of the coupling between random excitation and duct section for two geometries (circular or rectangular). An experimental facility and measurement approach is developed and used to validate numerical predictions. Two cases are investigated: (i) a straight duct with no singularity, duct acoustic modes are excited by the Turbulent Boundary Layer (TBL) and (ii) a straight duct with a diaphragm inserted upstream generating a localized acoustic source. The acoustic contribution is either measured via cross-spectra based methods or calculated using Computational Fluid Dynamics (CFD) and aeroacoustic analogies. The response of the structure is estimated via a ‘blocked’ approach using analytical modal Frequency Response Functions (FRFs) of a simply supported finite duct. Measurements will lead to evaluate and suggest improvements to existing Cross Power Spectral Density (CPSD) empirical models in a context of internal turbulent flows. Experimental modalanalysis of a finite rectangular duct are confronted to computational methods to assess the effect of the Boundary Conditions (BCs), the resistive damping from coupling with the internal acoustic medium and aerodynamic damping. The fluid-structure coupling is analyzed through the joint acceptance function both in the spatial and wave number domain. The excitation includes both the acoustic and hydrodynamic contributions using CPSD written on the basis of Corcos, Diffuse Acoustic Field (DAF) and acoustic duct mode coherence functions. Finally, the numerical and experimental studies in this thesis were used to develop a framework for studying and modelling pipe flow noise and vibration which links CFD, analytical and empirical models to efficient random analysis techniques
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"Hydrodynamic limits of the Navier-Stokes equations." Thesis, 2008. http://library.cuhk.edu.hk/record=b6074632.
Full textAbstract:
Next, we consider that the fluids are isentropic and the domain is also bounded, smooth, simply connected in R2 . We show that the estimates are uniform in all time if the smallness assumption on the initial data is prescribed. It follows that the solutions of compressible Navier-Stokes equations converge to the incompressible ones uniformly in both spatial and temporal variables as the Mach number vanishes.This thesis deals with the low Mach number limit of the compressible Navier-Stokes equations. It is to verify that the compressible fluids become incompressible as Mach number tends to zero. In another words, the pressure due to compression can be neglected. This is a singular limit.
We will show that, as the Mach number tends to zero, the local smooth solutions of compressible Navier-Stokes equations with zero thermal conductivity coefficient converge strongly to the solutions of incompressible Navier-Stokes equations, provided that the initial data satisfy the "bounded derivative conditions". The key point, which is one of our main contributions, is the uniform high norm estimates in Mach number. We will study two cases. The first case is that, the domain is a finite interval and the boundary condition for the velocity is no-slip. In the second case, the domain is bounded, smooth, and simply connected in R2 . The boundary condition for the velocity is replaced by the slip-type's, thus the vorticity and the divergence of velocity can be estimated separately.
Ou, Yaobin.
Adviser: Zhouping Xin.
Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-06, Section: B, page: 3546.
Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2008.
Includes bibliographical references (leaves 107-111).
Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web.
Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web.
Abstracts in English and Chinese.
School code: 1307.
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Even, Nadine [Verfasser]. "On hydrodynamic limits and conservation laws / by Nadine Even." 2009. http://d-nb.info/997142081/34.
Full text
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Savu, Anamaria. "Hydrodynamic scaling limit of the continuum solid-on-solid model." 2004. http://link.library.utoronto.ca/eir/EIRdetail.cfm?Resources__ID=94719&T=F.
Full text
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Lin, Hsuan-Chih, and 林軒馳. "Large Deviations from the Hydrodynamic Limit of the Generalized Symmetric Exclusion Process." Thesis, 2007. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/83205989088006003439.
Full textAbstract:
碩士國立臺灣大學
數學研究所
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In the present article, we study the large deviation property of the generalized symmetric exclusion process. Once the hydrodynamic limit, which corresponds to a space-time law of large numbers type result, of a Markov process has been established, a natural step is to consider the large deviations from the limit. Kipnis, et al. derived the hydrodynamic limit of a generalized symmetric exclusion process, which is a non-gradient system. We then derive the large deviation principle of this model.
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Lin, Hsuan-Chih. "Large Deviations from the Hydrodynamic Limit of the Generalized Symmetric Exclusion Process." 2007. http://www.cetd.com.tw/ec/thesisdetail.aspx?etdun=U0001-1607200700241900.
Full text
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Campanale, Angelo. "Fluid-structure interaction problems in linear and nonlinear engineering applications: theory and experiments." Doctoral thesis, 2021. http://hdl.handle.net/11589/217863.
Full textAbstract:
In questa tesi di dottorato, vengono analizzati due problemi di interazione fluido-struttura, relativi a diverse applicazioni ingegneristiche.
Nel primo caso lineare, viene formulato un modello semplice ma efficace per stimare correttamente la risposta dinamica di un dispositivo a diapason al quarzo (QTF) immerso in un ambiente fluido. Questo tipo di risonatore è ampiamente utilizzato per applicazioni di rilevamento di tracce gassose.
Nel secondo caso non lineare, viene sviluppato un modello numerico per ottenere la risposta aeroelastica di piastre sottili incastrate, con particolare enfasi sull'applicabilità della teoria della piastra inestensibile come modello strutturale del problema. In particolare, l'obiettivo principale è ottenere previsioni numeriche su condizioni di flutter e oscillazioni di ciclo limite (LCO), che siano il più vicino possibile ai risultati sperimentali; poiché modelli che fanno uso della teoria delle piastre sottili di Von Kármán tendono a sovrastimare l'ampiezza di ciclo limite.
Nella prima parte viene analizzato il problema dell'interazione fluido-struttura lineare: viene presentato il modello matematico riguardante la dinamica del risonatore e la sua interazione con il fluido circostante, viene descritto il setup sperimentale, utilizzato per valutare il modello, la risposta teorica viene fittata sui dati sperimentali e, infine, viene fornita una discussione su come ogni parametro del modello matematico possa influenzare la dinamica complessiva del sistema.
Nella seconda parte, dove si studia il caso di interazione fluido-struttura non lineare, si ricava il modello matematico relativo alla piastra inestensibile che vibra in un flusso d'aria a bassa velocità, si calcola la condizione di flutter e il ciclo limite, sia in termini di ampiezza che periodo, e viene fornito un confronto con il modello strutturale della piastra Von Kármán con le dovute osservazioni sui risultati numerici ottenuti.In this dissertation, two fluid-structure interaction problems, related to different engineering applications, are analysed. In the first linear case, an analytical but effective model is formulated in order to correctly estimate the dynamic response of a quartz tuning fork (QTF) device immersed in a fluid environment. This kind of resonator is widely used for gas sensing applications. In the second nonlinear case, a numerical model is developed to get the aeroelastic response of thin cantilever flat plate, with a particular emphasis on the applicability of the inextensible plate theory to the structural modelling of the problem. Specifically, the main goal is to numerically predict flutter conditions and limit cycle oscillations (LCO) closer to experimental outcomes, since earlier model that makes use of Von Kármán thin plate theory overpredicts the LCO amplitude. In the first part, the linear fluid-structure interaction problem is analysed: the mathematical model concerning the dynamics of the resonator and its interaction with the surrounding fluid is presented, the experimental setup, used to asses the model, is described, the theoretical response is fitted on the experimental data and, finally, a discussion on how each parameter of the mathematical model can affect the overall system dynamics is provided. In the second part, where the nonlinear fluid-structure interaction case is studied, the mathematical model concerning the inextensible plate vibrating in low speed airflow is derived, the flutter condition and the limit cycle, in terms of amplitude and period, are calculated, and a comparison with Von Kármán plate structural model is provided with needed remarks on the obtained numerical results.
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TAGLIAFERRI, CRISTINA. "Homogenization, simple exclusion processes and random resistor networks on Delaunay triangulations." Doctoral thesis, 2022. http://hdl.handle.net/11573/1654218.
Full textAbstract:
The aim of this PhD thesis is to prove some properties related to Delaunay triangulations on point processes with random conductances that allow to verify the validity of some assumptions in the theorems contained in [2,3,4]. As a consequence of these theorems, one can obtain the stochastic homogenization of the random walk on the Delaunay triangulation, the hydrodynamic limit of the simple exclusion process on the Delaunay triangulation and the scaling limit of the directional conductivity of the random resistor networks on Delaunay triangulation.
We start by introducing the random environment. According to [6], we introduce the Voronoi tessellation and we discuss some geometrical properties. We further give the definition of points in general quadratic position and we present a criterion that guarantees the boundedness of the Voronoi cells. We have that boundedness of Voronoi cells is a sufficient condition for Voronoi cells to be convex polytopes ([5]).
Then we give a brief introduction of the theory of point processes and simple point processes referring to [1]. First, we provide the basic definitions of random measures, counting measures (simple counting measures) and point processes (simple point processes). We present the stationary random measures and the properties related to the stationary point processes (stationary simple point processes). Then we provide the definition of Campbell measure and of local Palm distributions of a random measure. As a special case, we consider the local Palm distributions of a stationary random measures ξ with finite intensity. Called M the first moment measure of ξ, we obtain that the family of local Palm distributions coincides M −a.e. with the Palm distribution. Finally we discuss an ergodic theorem when ξ is a stationary ergodic point process with finite density.
Later, we argue sufficient conditions assuring that the points of a simple point process are in general position or in reinforced general position almost surely. The definition of points in reinforced general position, introduced in [8], coincides with that of points in general quadratic position. Following [8], we give a characterization of the simple point processes that are in general position, or general reinforced position, in terms of the reduced k−th moment measure. As an application of the previous results, we present the cases of Poisson point processes and Gibbsian point processes.
Afterwards, we present the exclusion process on Z^d. Following [7], we construct the exclusion process on Z^d and we discuss some of its properties. We also review the proof of the hydrodynamic limit of the symmetric exclusion process on Z^d.
Finally, we present the original contribution of the PhD work which was realised in collaboration with A.Faggionato. We consider the Voronoi tessellation associated to an ergodic and stationary point process on R^d. We introduce the Delaunay triangulation as the graph with vertex set given by the point process and with edges between vertexes whose Voronoi cells share a (d-1)-dimensional face. We also attach to each edge a random conductance. On the Delaunay triangulation we consider the random walk with random conductances, the simple exclusion process obtained by multiple random walks as above under hardcore interaction and the resistor network with random conductances. With the purpose of applying the general results obtained in [2,3,4] in the case of Delaunay triangulations, we investigate the validity of suitable moment bounds and we look for a bond percolation result for the existence of the simple exclusion process. We give specific criteria in our context assuring the validity of the assumptions made in [2,3,4]. As said at the beginning, as a byproduct between our results and [2,3,4], one can obtain the homogenization of the massive Poisson equation associated to the random walk, the hydrodynamic limit in path space of the simple exclusion process and the scaling limit of the directional conductivity of the resistor network.
[1] D.J. Daley, D. Vere-Jones; “An introduction to the theory of point processes.” New York, Springer Verlag, 1988.
[2] A. Faggionato; "Stochastic homogenization of random walks on point processes." Ann. Inst. H. Poincaré Probab. Statist. (to appear). arXiv:2009.08258 (2020).
[3] A. Faggionato; "Hydrodynamic limit of simple exclusion processes in symmetric random environments via duality and homogenization." arXiv:2011.11361 (2020).
[4] A. Faggionato; "Scaling limit of the conductivity of random resistor networks on simple point processes." arXiv:2108.11258 (2021).
[5] D. Hug, W. Weil; “Lectures on convex geometry.” Graduate Texts in Mathematics 286, Springer International Publishing, 2020.
[6] J. Møller; “Lectures on random Voronoi tessellation.” Lecture Notes in Statistics 87, Springer Verlag, New York, 1994.
[7] T. Seppäläinen; “Translation invariant exclusion processes.” Book in progress, https://people.math.wisc.edu/~seppalai/excl-book/ajo.pdf.
[8] H. Zessin; “Point processes in general position.” Izvestiya NAN Armenii Matematika 1, 75–82 (2008); preprinted in Journal of Contemporary Mathematical Analysis 43 (1), 59—65 (2008).