Dissertations / Theses on the topic 'Simulations thermiques dynamiques'
To see the other types of publications on this topic, follow the link: Simulations thermiques dynamiques.
Create a spot-on reference in APA, MLA, Chicago, Harvard, and other styles
Consult the top 50 dissertations / theses for your research on the topic 'Simulations thermiques dynamiques.'
Next to every source in the list of references, there is an 'Add to bibliography' button. Press on it, and we will generate automatically the bibliographic reference to the chosen work in the citation style you need: APA, MLA, Harvard, Chicago, Vancouver, etc.
You can also download the full text of the academic publication as pdf and read online its abstract whenever available in the metadata.
Browse dissertations / theses on a wide variety of disciplines and organise your bibliography correctly.
1
Gribaa, Karim. "Simulation des effets thermiques et dynamiques dans le caoutchouc." Paris 6, 1993. http://www.theses.fr/1993PA066109.
Abstract:
La modelisation mathematique des effets thermiques dans le caoutchouc constitue un apport important, pour la simulation du retrait thermique. Une formulation variationnelle a trois champs de type hu-washizu est appliquee et generalisee dans le cas de changement impose de volume du a une variation de la temperature. L'utilisation du composant caoutchouc pour l'isolation des vibrations et la suppression du bruit constitue un avantage pour la simulation du comportement dynamique de ce materiau lorsqu'il est soumis a des petites vibrations superposees a une grande deformation statique. L'analyse dynamique est necessaire lorsque les effets d'inertie sont importants. Une formulation variationnelle mixte a trois champs est appliquee pour la simulation de ce probleme dynamique, dans le cas d'un materiau quasi incompressible
2
Akkouche, Nour El Houda Rabab. "Approche comportementale pour le pilotage des consommations énergétiques dans le bâtiment." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2023. http://www.theses.fr/2023UPSLM081.
Abstract:
Dans le contexte actuel, les efforts de réduction de la consommation d'énergie dans les bâtiments doivent prendre en compte de nombreux paramètres, le bâtiment, son environnement, ses équipements et surtout le comportement de ses utilisateurs. Les nudges, issus de l'économie comportementale et trouvant des applications dans divers domaines (financier, alimentation, santé, etc.), ont notamment été explorés dans le contexte environnemental en général, et spécifiquement dans celui de la consommation d'énergie dans les bâtiments.L'objectif de notre travail est de mettre en œuvre des comportements d'économie d'énergie par le biais de nudges dans un bâtiment et de mesurer leur impact à l'aide de compteurs intelligents. Notre approche implique des simulations thermiques dynamiques, l'utilisation de capteurs connectés et la création de profils d'occupants par le biais de questionnaires. Ces éléments sont généralement traités de manière individuelle et isolée dans la littérature.Nous évaluons d'abord de façon théorique les écogestes qui ont l'impact le plus significatif dans la réduction des consommations d'énergie dans un bâtiment tertiaire public situé en France. Nous créons un cadre basé sur des théories psychologiques et des travaux antérieurs afin de définir des concepts sur lesquels nous nous basons pour définir différents profils de consommateurs d'énergie. Nous menons une expérimentation afin de mesurer, à l'aide de compteurs intelligents, l'impact de l'utilisation de nudges sur le changement de comportement des occupants d'un immeuble de bureaux. Pour ce faire, nous mettons en place une plateforme permettant de délivrer différents types de nudges à différents profils que nous avons établis à partir d'une classification basée sur des théories du comportement. Nous avons ainsi combiné deux volets technologique et comportementale, souvent traités séparément et pour lesquels les travaux de recherche nécessite souvent une approche pluridisciplinaire.La simulation de différents types d'utilisation de l'énergie dans un même bâtiment est également intéressante pour étudier l'impact du comportement des occupants sur la consommation d'énergie et la manière dont l'utilisation d'incitations personnalisées pour sensibiliser et favoriser l'adoption d'économies d'énergie peut conduire à une réduction significative de la consommation d'énergie dans le bâtiment.Les résultats obtenus sont positifs en ce qui concerne les gains en énergie à condition qu'une connaissance préalable des occupants soit établieIn the current context, efforts to reduce energy consumption in buildings must take into consideration a wide range of parameters, the building, its environment, its equipment and, above all, the behavior of its users. Nudges, which emerged from behavioral economics and find applications in various fields (finance, food, health, etc.), have been explored in the environmental context in general, and specifically in that of energy consumption in buildings.The aim of our work is to implement energy-saving behaviors through nudges in a building and to measure their impact using smart meters. Our approach involves dynamic thermal simulations, the use of connected sensors, and the creation of occupant profiles through questionnaires. These elements are typically addressed individually and isolated in the literature.We start with a theoretical assessment of the energy-saving actions that have the most significant impact in reducing energy consumption in a public tertiary building located in France. We create a framework based on psychological theories and previous works to define concepts that we use to define different energy consumers profiles. We conduct an experimentation using smart meters to measure the impact of nudges on behavioral change among occupants of an office building. To do this, we implement a platform for delivering various types of nudges to different profiles that we have established from a classification based on behavioral theories. In this way, we have combined the technological and behavioral aspects, which are often dealt with separately, and for which research often requires a multidisciplinary approach.Simulating different types of energy use scenarios in the same building is also interesting for studying the impact of occupants' behavior on energy consumption, and how the use of tailored incentives to raise awareness and encourage the larger adoption of energy savings measures can lead to a significant reduction in energy consumption in the building.The results obtained are positive in terms of energy savings, provided that prior knowledge of occupants is established
3
Lemay, Patrick. "Simulation dynamique des échanges thermiques à l'intérieur d'une serre." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1996. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/mq21791.pdf.
4
Fan, Yilin. "Distribution des fluides et intensification des transferts thermiques dans un échangeur thermique par l'intégration des distributeurs constructals." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS040.
Abstract:
Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, la modélisation, l'expérimentation et l'optimisation des distributeurs multi-échelles. La fonction de tels distributeurs est de fournir une quantité contrôlée ou un débit de fluide à une série de canaux en parallèle. L'alimentation uniforme des canaux d'un échangeur thermique multitubulaire intensifie les transferts thermiques avec la plus faible perte de charge possible. Leurs structures internes multi-échelles sont optimisées en minimisant simultanément la dissipation visqueuse et le temps de passage selon "la théorie constructale". Des prototypes constructals en polymère et en métal sont fabriqués à l'aide de la méthode de stéréolithographie. Des prototypes de distributeurs ont été assemblés avec un mini échangeur thermique à courants croisés afin d'évaluer les effets de la distribution des fluides sur ses performances thermiques et hydrauliques, par la modélisation numérique (CFD) et par des expérimentations, Nous avons étudié l'intensification des transferts thermiques réalisée par la distribution uniforme et l'équilibre thermo-hydraulique. L'intégration du collecteur constructal à la sortie de l'échangeur thermique conduit à une distribution uniforme et par conséquent intensifie les transferts thermiques. C'est également la configuration la plus avantageuse, en considérant le compromis entre l'intensification des transferts thermiques et la dissipation de la puissance de pompage. Les résultats peuvent fournir des informations et des idées originales pour la conception et I' optimisation des échangeurs et des systèmes de distribution de fluidesThis thesis contributes to the advances in the conception, fabrication, modeling, experiment, and optimization of multi-scale fluid distributors. The function of such fluid distributors is to deliver a controlled amount or rate of fluid to an array of distributing ports, in order for example to feed uniformly the channels of a multi-channel heat exchanger and consequently intensify the heat transfer with the least increase of pressure drop. Their multi-scale internal channel structures are optimized by minimizing the viscous dissipation and the residence time simultaneously according to the "constructal theory". Polymer and metallic prototypes of the constructal components were fabricated using Stereolithography. Constructal distributor prototypes were assembled with a mini crossflow heat- exchanger to evaluate the effects of flow distribution on its thermal and hydraulic performances by experiments and by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The enhancement of heat transfer realized by flow uniform distribution and the thermal- hydraulic balance are discussed. The results indicate that the integration of one constructal collector at the outlet of the heat exchanger can approach the uniform flow distribution and consequently better intensify the heat transfer. It is also the most advantageous configuration based on a balanced consideration of heat transfer intensification and pump power consumption under the investigation conditions. The results may provide some original information and thoughts to the design and optimization of heat exchangers and flow distribution/collection systems
5
Moujalled, Bassam. "Modélisation dynamique du confort thermique dans les bâtiments naturellement ventilés." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0005/these.pdf.
Abstract:
Avec les besoins actuels d’économie d’énergie et de maîtrise des impacts environnementaux du bâtiment, certains doutes se posent sur la définition du confort thermique et la façon de créer et maintenir les conditions de confort. En effet, les normes actuelles considèrent le confort thermique sous une approche analytique, réductrice de la complexité du réel. Les études in situ du confort thermique ont permis de constater une surestimation du niveau de l’inconfort perçu en réalité par rapport à celui prévu par ces normes surtout dans les bâtiments naturellement ventilés pendant les périodes chaudes. Ces études ont servi à mettre les bases de l’approche adaptative, qui caractérise le confort thermique à travers les interactions adaptatives entre l’occupant et son environnement. L’utilisation des normes peut conduire à un recours systémique à la climatisation alors que l’approche adaptative permet d’assurer le confort thermique avec des consommations d’énergie plus modestes. Nous nous intéressons dans ce travail à l’aspect adaptatif du confort thermique en complément à l’aspect analytique dont l’ensemble permet d’avoir une vision globale du confort thermique dans les bâtiments. En partant d’une étude bibliographique sur les approches existantes, nous avons conduit une étude expérimentale in situ dans huit bâtiments pour explorer de plus près le confort adaptatif et caractériser l’interaction entre l’occupant et le bâtiment. Ensuite en adoptant une démarche systémique, nous avons développé un modèle dynamique sur le confort thermique qui permet d’intégrer les différents mécanismes dynamiques identifiés dans la bibliographie et par l’expérimentation. Ce modèle, que nous avons appelé AdOCC, permet de déterminer l’état thermique de l'occupant à partir du modèle dynamique à deux noeuds de Gagge et d’en déduire le comportement de l’occupant et ses actions adaptatives selon les caractéristiques du bâtiment et la saison. Le modèle a été intégré dans l’outil de simulation dynamique TRNSYS. Cela nous a permis d’évaluer le modèle AdOCC en confrontant les simulations réalisées avec deux bureaux tirés de l’expérimentation vis à vis les résultats de mesures. L’application du modèle au cas des bâtiments de bureaux naturellement ventilés nous a permis de déterminer les conditions qui permettent d’établir le confort thermique avec des ressources énergétiques limitées, en utilisant un ventilateur local ou la ventilation nocturne, selon l’inertie du local, l’orientation, les protections solaires, et le climat L’utilisation du ventilateur correspond à une consommation de l’ordre de 10 Wh/m²/jour et la ventilation nocturne 30 Wh/m²/jour. Ces valeurs sont négligeables devant les consommations de climatisation qui peuvent être 10 fois plus importantesN this work we focus on the adaptive approach of thermal comfort by combining features of both the static and adaptive theories. In the first step we have conducted a bibliographical study on the existing theories and approaches and which has led us to carry a field study on thermal comfort in eight office buildings. Afterwards we have adopted the systemic approach to develop a dynamic model on thermal comfort by integrating the dynamic mechanisms identified in the bibliography and the field study. This model, named AdOCC, determines the dynamic thermal state of the occupant from which the model can determine the adaptive behaviour of the occupant. AdOCC has been integrated in the dynamic simulation tool ‘TRNSYS’ and has been evaluated by comparing the results of the simulations with measurements. By applying this model to the case of a naturally ventilated office building we have found the conditions where thermal comfort can be achieved with limited energy consumptions
6
Moujalled, Bassam Guarracino Gérard Cantin Richard. "Modélisation dynamique du confort thermique dans les bâtiments naturellement ventilés." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=moujalled.
7
Zaoui, Hayat. "Conduction thermique à la nanoéchelle dans le silicium : simulations par dynamique moléculaire d’approche à l’équilibre." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10081/document.
Abstract:
Les propriétés thermiques des nanomatériaux offrent une palette variée de comportements. Parfois, le transfert thermique est dégradé comparé à l'échelle macroscopique, produisant un échauffement dans les nanodispositifs électroniques et une augmentation de l'efficacité des modules thermoélectriques. D'autres fois, la conductivité thermique atteint des niveaux supérieurs à ceux des matériaux massifs. Cette thèse étudie le transport de chaleur dans des nanostructures de silicium par simulation à l'échelle atomique. La méthode de la dynamique moléculaire est utilisée dans un cadre original basé sur l'exploitation de transitoires de température, la dynamique moléculaire d'approche à l'équilibre (AEMD i.e. Approach-to-Equilibrium Molecular Dynamics). Après avoir présenté et illustré l'AEMD dans le cas du silicium massif, nous étudions la conductivité thermique de nanofils lisses en fonction de leur diamètre et de la longueur. Nous montrons que le profil de température est conforme à l'équation de la chaleur et que la conductivité thermique des nanofils sature à grande longueur. Nous étudions ensuite l'effet d'une nanostructuration par évidement et de la rugosité de surface. Nos résultats sont comparés à une approche de simulation alternative pour explorer le poids relatif des collisions phononiques internes et surfaciques. Enfin, nous nous intéressons à la conductivité thermique de membranes de silicium nanostructurées fabriquées au sein du laboratoire. Nous montrons que, pour réduire davantage la conductivité thermique et ainsi augmenter l'efficacité de conversion d'un dispositif thermoélectrique, il faudra davantage de nanostructuration que des évidements cylindriquesThe thermal conductivity of nanostructures varies on a large scale compared to bulk materials. Sometimes the thermal transfer is worse due to the reduction of thermal conductivity, at the origin of self-heating in electronic devices, but valuable for thermoelectric devices. In other cases, the thermal conductivity reaches impressive levels compared to bulk materials. The origin of these behaviors is at the atomic level, and the in the propagation of the heat carriers, the phonons. In this thesis, we study heat transport in silicon nanostructures by atomic scale simulations. Molecular dynamics is used here in the framework of a methodology we recently developed, the approach-to-equilibrium molecular dynamics (AEMD). This methodology relies on the creation and exploitation of temperature transients. First we present the principles of AEMD in the case of bulk silicon. Then we determine the thermal conductivity of smooth nanowires versus diameter and length. We show that the temperature profiles do comply with the heat equation, and that the thermal conductivity saturates at long length. Afterwards we study nanostructuring effects by hollowing, and nanowires with rough surfaces. In this last case, we compare our results with an alternative simulation approach and investigate the relative importance of intrinsic and surface phonon scattering. Finally, we calculate the thermal conductivity of nanopatterned silicon membranes for thermoelectric devices. We show that to further decrease the thermal conductivity, it will be necessary to introduce other sources reduction than cylidrincal hole etching, and AEMD will be the appropriate tool for an optimisation
8
Vatteville, Judith. "Dynamique des panaches thermiques laminaires : application aux panaches mantelliques." Paris, Institut de physique du globe, 2009. http://www.theses.fr/2009GLOB0006.
Abstract:
En géosciences, les points chauds, îles volcaniques intraplaques telles que Hawaii ou la Réunion, pourraient être l’expression en surface de panaches qui monteraient depuis la base du manteau, à 2900 km de profondeur. Les panaches, instabilités de la convection de Rayleigh-Bénard, se développeraient dans le manteau avec un nombre de Prandtl (Pr) de 1023 mais peuvent aussi être modéisés à partir d’un chauffage de petite taille, numériquement avec Pr infini, ou en laboratoire avec Pr ~103 - 106. Dans cette thèse nous étudions les caractéristiques d’un panache isolé dans un fluide visqueux, à viscosité constante. Nous utilisons des expériences de laboratoire et des modèles numériques. Les techniques de visualisation donnent accès aux champs de température et de vitesse pour une section 2-D de la cuve. Les simulations numériques utilisent une méthode d’éléments finis à symétrie cylindrique qui reproduisent les conditions de laboratoire avec les propriétés mesurées des fluides et du chauffage. On obtient un excellent accord entre ces deux approches indépendantes. Cela permet de proposer des lois d’échelles simples pour la dynamique de la tête et du conduit du panache et de les appliquer au cas de la Terre. Nous montrons notamment que pour des Pr supérieurs à 1000 l’effet de confinement l’emporte largement sur les effets inertiels et que la dynamique du panache est bien décrite par l’approximation Pr infini. Ceci est en particulier vrai pour les manteaux planétairesIn Earth Sciences, hot upwelling plumes are thought to develop from the base of the 2900 kmthick solid mantle of our planet and to generate hotspots, i. E. Intraplate volcanic islands such as Hawaii and La Reunion. Although generated through chaotic Rayleigh-B´enard instabilities at a Prandtl number (Pr) around 1023, they can be modelled with the simpler case of starting plumes out of a finite-size heater, either numerically for infinite Prandtl number, or in the laboratory with fluids with Pr ~ 103 - 106. Hence, the question is to find simple scaling laws for isolated rising plumes and apply them to the Earth’s mantle case. In this thesis we study the characteristics of an isolated plume growing in a viscous fluid with constant viscosity. We use both laboratory experiments and numerical models : the visualization techniques give us access to the growing plume temperature and velocity fields, on a 2-D section of the tank, whereas the numerical simulations are axisymmetric finite element simulations that attempt to reproduce the laboratory conditions as closely as possible. We find excellent quantitative agreement between the two fully independent approaches. This is used to derive scaling laws for the dynamics of the plume head and stem, and apply them to the Earth’s case. We further show that for Pr larger than 1000, confinement effects are more important than inertial effects and that plumes dynamics are well described by the approximation if infinite Prandlt number. This is especially true for planetary mantles
9
Fèvre, Mathieu. "Etudes microstructurales d'oxydes désordonnés et modélisation de leurs propriétés thermiques." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112252.
Abstract:
Cette thèse concerne la modélisation d'oxydes fortement désordonnés à l'aide de simulations numériques de type Monte Carlo et Dynamique Moléculaire, en relation avec des mesures d'ordre à courte distance par diffusion diffuse de rayons X et de neutrons. Les oxydes à base de zircone sont caractérisés par une cinétique de diffusion très lente pour les cations et rapide pour les anions. Comme ce sont des matériaux ioniques, les interactions dominantes sont des interactions électrostatiques à longue portée. Des mesures d'ordre local ont montré que les atomes ne sont pas disposés au hasard dans le système: il existe donc de fortes corrélations chimiques en plus des distorsions de réseau introduites par la présence de lacunes structurelles. La technique de Dynamique Moléculaire hors d'équilibre (NEMD) a été utilisée pour calculer la conductivité thermique à partir des configurations atomiques. Cependant, elle ne peut suivre les mouvements des atomes que durant quelques nanosecondes. C'est pourquoi, afin d'améliorer la description des propriétés microstructurales et d'analyser l'effet de l'ordre local sur la conductivité thermique, nous avons développé un code de calcul de type Monte Carlo traitant aussi bien des effets élastiques que des effets chimiques et adapté à des solides ioniques. La confrontation de l'ordre à courte distance reproduit dans les simulations numériques avec celui mesuré par diffusion diffuse a montré un très bon accord simulations-expériences ainsi que la nécessité d'utiliser des simulations Monte Carlo afin rendre compte de la mise en ordre locale des défauts notamment à forte concentration en dopant. D'autre part, les résultats des calculs de conductivité thermique se sont révélés en excellent accord avec les mesures, puisque que la différence entre valeurs calculées et valeurs mesurées est inférieure à 20%. Enfin, l'influence de l'ordre local sur le comportement de la conductivité a été analysée numériquement et expérimentalementThis thesis is devoted to the modelling of disordered oxides by Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations, in relation with short-range order investigations by neutrons and X-rays diffuse scattering measurements. In zirconia based oxides the kinetics of cations is very slow, whereas it is very fast for anions. These materials are ionic systems. Thus, the largest contribution to the energy of the system is given by long-range electrostatic interactions (1/r). Local order measurements have shown that chemical species are not randomly placed in the crystal structure. Due to the presence of structural vacancies, created by a charge compensation mechanism, lattice distortions are also important. Thus, the chemical ordering is strongly correlated to the atomic displacements. The Non Equilibrium Molecular Dynamics technique has been used to compute the thermal conductivity from atomic configurations. However, this method can only reproduce the movement of particles during several nanoseconds. Therefore, in order to ameliorate the description of micro structural properties and to analyze the influence on the conductivity of the local order, we developed a code based on a Monte Carlo approach, which is adapted to ionic systems and which can describe the strong elastic effects as well as the chemical effects. The short-range order reproduced in the Monte Carlo simulations is very closed to the one measured. We also show that Molecular Dynamics simulations cannot reproduce the correct local order between defects, observed at high doping concentrations. Moreover, the thermal conductivity computations have shown a good agreement with the experimental data. Indeed, the error between simulations and measurements are below 20%. Finally, this study also discusses the influence of the short-range order on the conductivity behaviour using numerical results, diffuse scattering investigations and thermal conductivity measurements
10
Dallaire, Jonathan. "Thermal conductivity of carbon nanotubes from equilibrium molecular dynamics simulations : sensitivity to modeling and simulation parameters." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29017/29017.pdf.
11
Scolan, Simon. "Développement d'un outil de simulation et d'optimisation dynamique d'une centrale solaire thermique." Thesis, Pau, 2020. http://www.theses.fr/2020PAUU3007.
Abstract:
Dans le contexte climatique et énergétique actuel, des solutions doivent être trouvées pour remplacer progressivement l'usage des énergies fossiles. Le solaire thermique est une ressource disposant d'un fort potentiel encore trop peu exploité en France à l'échelle industrielle. Dans ce contexte, les grandes installations solaires thermiques sont de plus en plus étudiées. Actuellement, la majorité des études porte sur l'optimisation du dimensionnement des centrales en se basant sur des stratégies de pilotage standard. Le présent manuscrit propose une méthodologie de résolution mathématique pour la simulation et l'optimisation dynamique d'une centrale solaire thermique. Ce type d'optimisation permet de prendre en compte la dynamique de ce système, et en particulier la dynamique lente d'un stockage d'énergie thermique, et est réalisée en exploitant les degrés de liberté du problème tel qu'on le pose. Ainsi, en laissant libres certains paramètres de design, l'optimisation dynamique permet d'optimiser simultanément le fonctionnement et le dimensionnement de la centrale. Les différents éléments d'une centrale solaire thermique (champ solaire, échangeur de chaleur, stockage thermique, pompes, canalisations) sont modélisés et forment un système d'équations algébro-différentielles. Nous détaillons la méthode de collocation orthogonale sur éléments finis permettant de discrétiser ces équations et d'obtenir ainsi un système comprenant uniquement des équations algébriques. Différents modèles sont confrontés à des données expérimentales issues de la centrale de Condat-sur-Vézère et leur précision est quantifiée. Le développement d'une méthode par simulations et initialisations successives nous a permis de réaliser la simulation dynamique d'une centrale solaire thermique. Cependant, certaines contraintes de fonctionnement (règles de pilotage nécessaires pour saturer les degrés de liberté) sont difficiles à formuler de façon cohérente et implémentable dans le logiciel GAMS utilisé dans ces travaux. L'intérêt de l'optimisation dynamique est de tirer profit des degrés de liberté du problème afin de minimiser/maximiser une fonction objectif (en respectant les contraintes du problème) sans avoir à formuler des contraintes pour saturer les variables d'intérêt. Un premier problème d'optimisation dynamique a été formulé puis résolu suivant une stratégie orientée-équation. Sur un horizon de temps de cinq jours et avec un dimensionnement de centrale fixé, nous avons maximisé les bénéfices liés à la vente de chaleur solaire à un consommateur en optimisant le fonctionnement de la centrale. Cela a notamment fait ressortir des stratégies parfois contre-intuitives permettant une amélioration significative de la fonction objectif par rapport à des pilotages plus « classiques ». En particulier, l'utilisation d'une inclinaison dynamique des capteurs s'est montrée efficace, d'une part, pour augmenter l'énergie captée par le champ solaire et, d'autre part, pour gérer d'éventuelles surchauffes en défocalisant les capteurs par rapport à la trajectoire de captation maximale. L'utilisation d'un stockage thermique a également été utile pour permettre le déphasage entre la production et la demande. La formulation d'un second problème d'optimisation, sur un horizon de temps d'un an, a permis de minimiser le coût moyen de la chaleur solaire vendue au consommateur (sur la durée du projet) en déterminant le dimensionnement optimal de la centrale et les profils temporels optimaux des variables de fonctionnement en fonction de la courbe de charge. Des difficultés ont été rencontrées, notamment pour conserver un fonctionnement cohérent sur la période d'optimisation. Finalement, nous avons listé un certain nombre de pistes qui pourraient potentiellement améliorer les résultats obtenusIn the current climate and energy context, solutions must be found to gradually replace the use of fossil fuels. Solar thermal energy is a resource with great potential that is still insufficiently exploited in France on an industrial scale. In this context, large solar thermal installations are increasingly studied. Currently, a majority of studies focus on optimizing the sizing of the plants based on standard operating strategies. This manuscript offers a mathematical resolution methodology for the simulation and dynamic optimization of a solar thermal plant. This type of optimization makes it possible to take into account the dynamics of this system and in particular the slow dynamics of a thermal energy storage. It is carried out by exploiting the degrees of freedom of the problem. By leaving certain design parameters free, dynamic optimization makes it possible to optimize the operation and sizing of the plant simultaneously.The different elements of a solar thermal plant (solar field, heat exchanger, thermal energy storage, pumps, pipes) are modeled and form a Differential Algebraic Equation system. We have described the orthogonal collocation method which allows to discretize these equations and thus, to obtain a system comprising only algebraic equations. Different models are confronted with experimental data from a plant located in Condat-sur-Vézère (France). Their precision is quantified. The development of a method by successive simulations and initializations allowed us to carry out the dynamic simulation of a solar thermal plant. However, certain operating constraints (control rules necessary to saturate the degrees of freedom) are difficult to formulate in a coherent and implementable way in the GAMS software used in this work. The interest of using dynamic optimization is to take advantage of the degrees of freedom of the problem in order to minimize / maximize an objective function (while respecting the constraints of the problem) without having to formulate constraints to saturate them.A first dynamic optimization problem was formulated and then solved, using an equation-oriented strategy. Over a five-day time horizon and with a fixed plant sizing, we have maximized the benefits from the sale of solar heat to a consumer by optimizing the operation of the plant. This notably brought to light counter-intuitive operating strategies allowing a significant improvement of the objective function compared to more standard strategies. In particular, the use of a dynamic inclination of the flat-plate collectors (as with a solar tracking device) has proved effective, on the one hand, to increase the energy captured by the solar field and, on the other hand, to handle possible overheating by defocusing the collectors from the maximum energy capture trajectory. The use of a thermal energy storage was also useful to allow the phase difference between production and demand.The formulation of a second optimization problem, over a time horizon of one year, made it possible to minimize the average cost of solar heat sold to the consumer (over the duration of the project) by determining the optimal sizing of the plant and the optimal time profiles of the operating variables as a function of the load curve. Difficulties have been encountered, in particular to maintain consistent operation over the optimization period. Finally, we listed a number of leads that could potentially improve the results obtained
12
Rabouille, Mickael. "Recherche de la performance en simulation thermique dynamique : application à la réhabilitation des bâtiments." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENA024/document.
Abstract:
Le secteur du bâtiment est en évolution et se doit de répondre aux problématiques environnementales actuelles aussi bien dans la construction neuve que dans la réhabilitation. La simulation thermique offre le moyen de répondre à cette problématique, mais se limite à une estimation des performances spécifiques aux paramètres qui ont été définis. Ce travail de thèse propose une méthodologie basée sur les puissances de calcul actuelles pour évaluer le comportement du bâtiment sur différentes plages de variation des entrées. Ces variations permettront, en fonction des propriétés qui leur sont attribuées, de rechercher des solutions de réhabilitation ou d'évaluer l'incertitude sur les sorties du modèle thermique. Afin de réaliser cela, des méthodes d'analyse de sensibilité performantes sont utilisées à travers un outil d'analyse spécifiquement développé pour le logiciel de simulation EnergyPlus. Cet outil permet une évaluation quasi automatique du modèle énergétique de bâtiment via : des techniques d'échantillonnage éprouvées LHS et LP-Tau, des techniques d'analyse performante pour un nombre de simulations réduit RBD-FAST et RBD-SOBOL, une gestion avancée des entrées et sorties permettant une évaluation détaillée du bâtiment, quelle que soit sa géométrie. Les techniques d'analyse de sensibilité sont employées pour proposer une vision précise des principales relations présentes au sein du modèle. Pour répondre à la contrainte du coût de calcul, la recherche de solution est réalisée à travers un méta-modèle issu d'une décomposition en polynôme de chaos. Une interface graphique utilise cette approximation du modèle complexe du bâtiment pour proposer de façon instantanée une vision claire du comportement de chaque entrée sur les sorties, ainsi que leurs tendances et les plages de variation idéales afin de choisir des solutions. Il est possible de coupler la recherche de solution à l'analyse d'incertitude afin de proposer des solutions robustes et identifier les principales raisons d'un écart entre simulation et réalité. La méthodologie des travaux de thèse encourage à l'optimisation de la compréhension du modèle plus qu'à la recherche d'une solution particulière.L'objectif de la démarche est de fournir des outils d'analyse afin d'aider l'expert dans la recherche de solution et ainsi de mettre en place des représentations graphiques qui facilitent la compréhension du système bâtiment, pour un gain en transparence et l'intégration de nombreuses contraintes de projetThe building sector is evolving and has to meet the current environmental issues in both new construction and rehabilitation. The thermal simulation provides the mean to address this problem, but the estimated performance is limited to a specific set of parameters that have been defined. This thesis proposes a methodology based on the increased computing power to assess the building behaviour on different ranges of the inputs variation. Depending on the properties allocated to them, the changes of the variations will allow to seek solutions to restore or to assess the uncertainty in the outputs of the thermal model. To achieve this, effective sensitivity analysis methods are used across an analysis tool specifically developed for the simulation software EnergyPlus. This tool allows an almost automatic evaluation of the energy model building thanks to the proven sampling techniques such as LHS and LP-Tau; the efficient analysis techniques like RBD-FAST and RBD-SOBOL in order to reduce the number of simulations; an advanced management of the inputs and the outputs for a detailed assessment of the building regardless of its geometry. The sensitivity analysis techniques are used to provide an accurate picture of these key relationships within the model. To meet the constraints of the computational cost, the search for a solution is achieved through a metamodel from a Polynomial Chaos Expansion PCE. A GUI uses the approximation of the complex model of the building to provide instantly a clear vision of the behaviour of each entry on the outputs, their trends and their ideal ranges of variation to choose solutions. It is possible to couple the search for a solution to the uncertainty analysis to provide robust solutions and identify the main reason for the gap between simulation and reality. The methodology of the PhD work promotes the optimization of the model understanding more than looking for a specific solution. The purpose of the approach is to provide analytical tools to assist the expert in the search for a solution and so, develop graphical representations that facilitate the understanding of the building system for a gain in transparency and integration of many design constraints
13
Person, Véronique. "Contribution à l'étude du comportement dynamique et thermique des garnitures mécaniques d'étanchéité." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2300.
Abstract:
Les joints d'etancheite a faces radiales sont des composants assurant l'etancheite des passages d'arbres tournants dans des applications techniques de hautes performances et qui exigent une grande fiabilite. Leur fonctionnement fait intervenir un ensemble complexe de plusieurs phenomenes interdependants. Le travail de recherche de cette these de doctorat a ete consacre aux deux phenomenes qui sont preponderants lorsque les faces sont lubrifiees par un film liquide ; le comportement dynamique de l'element vibrant du joint et la modelisation des effets thermohydrodynamiques. A partir d'une analyse bibliographique approfondie des etudes sur ce sujet, une modelisation originale du comportement dynamqieu du stator flottant a ete developpee. Il est montre que, sous certaines conditions, l'analyse de stabilite mise au point anterieurement pour des faces lisses peut etre adaptee au cas de faces rainurees. Dans le domaine de stabilite du regime d'entrainement dynamique, les equations du mouvement du stator a trois degres de liberte sont resolues par une methode numerique simple. Le programme realise constitue un outil d'aide a la conception et a l'optimisation des garnitures d'etancheite a faces lisses ou rainurees. Une etude parametrique d'un joint industriel typique est presentee. Elle met en evidence le role des rainures et des defauts de surface qu'elles engendrent. Une large revue bibliographique des etudes thermohydrodynamiques des paliers, butees et joints a aussi ete effectuee. Elle a montre l'opportunite de nouvelles recherches appliquees aux garnitures d'etancheite. Les equations generales du probleme sont presentees sous leur forme tridimensionnelle en regime permanent d'entrainement dynamique. Ces equations sont resolues simultanement, par des methodes numeriques propres a chacune, au cours d'un processus iteratif. Elles sont couplees par les conditions de transfert thermique sur les frontieres communes a leurs domaines. La methode a ete validee dans le cas de la seule etude analytique comparable publiee a ce jour. Les resultats obtenus par la suite montrent l'influence de la fuite et celle des differents types de conditions d'echanges aux frontieres. Ils montrent en outre que les effets des mesalignements ou des ondulations des faces ne peuvent etre negliges.
14
Lory, Pierre-François. "Dynamique de réseau et conductivité thermique dans les alliages métalliques complexes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY042/document.
Abstract:
Les alliages métalliques complexes sont des matériaux qui présentent un ordre à longue distance caractérisé par de grandes mailles comprenant plusieurs centaines d’atomes disposés en clusters. Une propriété caractéristique des CMAs est une conductivité thermique de réseau, dû aux phonons, très faible (~1.3 W/m.K), ce qui donne un intérêt pour leur utilisation comme thermoélectriques. Malgré de récentes avancées sur les connaissances de leurs structures, la nature des modes de vibrations des phonons dans ces réseaux restent une question ouverte : quel est le rôle des clusters ? Est-ce qu’il y a des modes critiques ? Pour répondre à cette problématique, mon projet de thèse a eu pour objectif de comprendre la nature des modes de vibrations à l’échelle atomique et la relation avec la conductivité thermique de réseau sur deux systèmes : la phase o-Al13Co4 qui est un approximant de la phase décagonale AlNiCo et le clathrate Ba8Ge40.3Au5.25, présentant des propriétés thermoélectriques. Mes investigations combinent des expériences de diffusion inélastiques des neutrons et des rayons-X et des simulations à l’échelle atomique.Une analyse détaillée des résultats expérimentaux obtenus par diffusion inélastique sur monocristaux pour les branches acoustiques a permis de mettre en évidence, pour la première fois, un temps de vie fini des phonons acoustiques lorsqu’ils interagissent avec les modes de basses énergies liés aux atomes dans les clusters. Pour les deux systèmes étudiés, nous observons que la branche acoustique n’est plus linéaire et le temps de vie des phonons acoustiques est réduit à quelques picosecondes. Ce faible temps de vie dépend peu de la température comme la conductivité thermique. Les simulations à l’échelle atomique, en utilisant des calculs DFT et des potentiels de pairs oscillants pour des simulations de dynamique moléculaire, ont permis de montrer que ce temps de vie est un effet anharmonique lié au désordre de structure. Les simulations confirment la faible dépendance en température de ce temps de vie. Dans o-Al13Co4, nous avons calculé la conductivité thermique avec la dynamique moléculaire et la méthode de Green-Kubo. Pour Ba8Ge40.3Au5.25 nous avons appliqué un modèle phénoménologique pour l’estimer en utilisant les résultats INS. En conclusion nous démontrons les effets de la complexité structurale sur la conductivité thermique en lien avec la dynamique de réseauComplex metallic alloys are long range ordered materials, characterized by large cells, comprising several hundreds of atoms and cluster building blocks. A key property of CMAs is the low lattice thermal conductivity (1.3 W/m. K), which suggests a potential application for CMAs for thermoelectricity. Despite recent advances structure determination, the nature of the phonons modes remains an open question: do the clusters playing a role? Are there critical modes? To tackle this problem, my PhD project aims to understand the vibrational modes at atomic scale and the relation to lattice thermal conductivity in o-Al13Co4 which is an approximant of the quasicrystal, decagonal phase AlNiCo and the clathrate Ba8Ge40.3Au5.25. In this worked we have used Inelastic Neutron and X-ray Scattering experiments and atomic scale simulations, based on density functional theory and empirical pair potentials.A detailed analysis of the results of inelastic scattering experiments on monocrystals for the acoustic branches have shown, for the first time, a finite lifetime for acoustic phonons when they interact with the low-lying dispersion-less excitations due to atoms in the cluster. In both systems, we observe that when an acoustic branch flattens near the zone boundary, the phonon lifetime is a few picoseconds. The phonon lifetime is approximately independent of temperature like the lattice thermal conductivity. Lattice and molecular dynamics simulations with DFT and empirical, oscillating pair potentials show that the finite phonon lifetime is an anharmonic effect, due to structural disorder, explaining the weak temperature of the phonon lifetime. For o-Al13Co4, we have calculated the thermal conductivity with the Green-Kubo method based on equilibrium MD simulations. For Ba8Ge40.3Au5.25 we have developed a phenomenological model based on individual phonon modes. In conclusion, we have demonstrated how structural complexity affects thermal conductivity through the lattice dynamics
15
Ellouze, Abderrahmen. "Simulation numérique de la dynamique d'un écoulement en canal ondulé, étude du transfert thermique convectif associé." Pau, 1993. http://www.theses.fr/1993PAUU3026.
Abstract:
Nous tentons dans ce travail de contribuer à la compréhension des mécanismes complexes qui mènent à la turbulence, dans le cas d'un écoulement dans un canal périodique à parois ondulées. L'écoulement est supposé incompressible, bidimensionnel et périodiquement développé. Parallèlement nous étudions le transfert thermique convectif associé à l'écoulement dans ces différents régimes. Les conditions thermiques sont celles d'une densité de flux constante sur les parois. Les deux problèmes (thermique et dynamique) sont découplés moyennant certaines hypothèses, ils sont approchés numériquement par un schéma aux différences finies en espace et un schéma à pas fractionnaires en temps. Dans un premier temps, nous déterminons les conditions générales d'instabilité dynamique de l'écoulement en terme de nombre de Reynolds critique, fréquences et amplitudes des oscillations, et du nombre d'onde associé. Pour cela, nous analysons l'évolution temporelle de la vitesse en un point du canal, à différents nombres de Reynolds, pour des calculs faits sur une ou deux périodes géométriques. Nous analysons les différentes bifurcations de l'écoulement super-critique et comparons la dispersion des fréquences par rapport à la théorie d'Orr-Sommerfeld. Nous nous intéressons également à la perte de charge, instantanée et moyenne, comme étant une caractéristique dynamique essentielle pour toute étude comparative. Ensuite, nous montrons quelques résultats des champs de températures de l'écoulement stationnaire, et des nombres de Nusselt locaux et moyens. Nous nous intéressons ensuite, a l'évolution temporelle de la temperature et du nombre de Nusselt instantané pour des écoulements instationnaires. Notre intérêt porte aussi sur les valeurs moyennes, qui seront comparées à celles d'un canal plan soumis à un même débit masse ou une même puissance de pompage. Cette étude comparative nous permettra de déterminer les conditions sous lesquelles le canal ondulé est thermiquement ou mécaniquement plus efficace qu'un canal plan. Enfin, nous validons le modèle dynamique par des mesures expérimentales.
16
Rodler, Auline. "Modélisation dynamique tridimensionnelle avec tache solaire pour la simulation du comportement thermique d’un bâtiment basse consommation." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0106/document.
Abstract:
Cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement de Bâtiments Basse Consommation. La conception de telles constructions les rend sensibles aux sollicitations internes. Aussi, les outils de thermique du bâtiment existants ne sont pas adaptés pour simuler assez fidèlement ce type de bâtiments, si bien qu’un modèle tridimensionnel et dynamique a été développé ici. Celui-ci présente plusieurs particularités : il s’appuie sur une discrétisation spatiale optimisée des parois, la tache solaire y est localisée et l’intégration des dynamiques des conditions environnementales est assurée par un solveur numérique à pas de temps adaptatif et un seul nœud d’air est considéré. La validation du modèle s’est suivant une confrontation avec des mesures en conditions réelles réalisées dans une cellule de BESTlab d’EDF R&D. Un suivi visuel de la tache solaire a permis de confirmer sa bonne localisation par notre modèle. Des mesures de température en surface complétées par des cartographies thermographiques ont été comparées aux champs de températures simulés, montrant une bonne concordance. Les comparaisons de températures d’air mesurées et simulées ont montré des résidus ne dépassant pas 1,5 ˚C, pour des erreurs moyennes de 0,5 ˚C. La pertinence des deux principales innovations du modèle a été ensuite démontrée : l’utilisation d’entrées échantillonnées à la minute associées à un solveur à pas de temps adaptatif permet de minimiser les erreurs de simulation : en mi-saison, les résidus maximaux sont respectivement de 1 ˚C et 2 ˚C pour des entrées à la minute et à l’heure. En hiver, les températures d’air simulées tendent à plus osciller autour de la consigne quand le pas d’échantillonnage des entrées s’allonge. Deux modèles unidimensionnels, représentatifs de modèles courants, M1D,sol diluant le rayonnement solaire sur le sol seul et M1D,parois le distribuant de façon homogène sur les parois au prorata de la taille de la tache solaire censée les frappées, ne dégradent que légèrement la précision des calculs de température d’air. Cependant, ces modèles 1D ne permettent pas de calcul des champs de températures sur les parois si bien qu’ils présentent des erreurs locales dépassant 20 ˚C aux endroits touchés par la tache solaire. Enfin en hiver, le modèle 3D permet de prédire des consommations de chauffage surestimées de 6,5 % quand M 1D,parois les surestime de 11 % et M1D,sol de 22 %. Les améliorations apportées par notre modèle ont été confirmées pour d’autres types de cellules. D’ailleurs des écarts plus importants entre M1D,sol et le modèle 3D ont été observés pour une cellule dont parois et sol ont des compositions très différentes, alors que l’orientation a aussi un impact. Ce travail confirme la nécessité de représenter plus finement les phénomènes physiques pour des locaux fortement isolés. Des améliorations sont à intégrer, comme la description de l’anisothermie de l’airLow energy building constructions become sensitive to internal gains : any internal heating source has an impact on the envelope. Therefore, it is important to evaluate the performance of current transient thermal models when adapted to low energy buildings. This work describes a numerical model to simulate a single room, using a refined spatial three-dimensional description of heat conduction in the envelope but a single air node is considered. The model has been developed for environmental conditions that vary over short time-steps and has integrated the projection of solar radiation through a window onto interior walls : the sun patch. The validation of the model has been done through a detailed comparison between model and measurements. The in situ experiment has been carried out in one of the BESTlab cells (EDF R&D). The sun patch has been followed by a camera to validate its calculated position and surface. Temperature measurements by thermocouples and by thermal cameras have been compared to the models outputs. Differences between air and surface temperatures measured and simulated were never above 1.5 ˚C and mean errors reached 0.5 ˚C. The two innovations of the model have then be proven. Using minute wise weather data and inputs associated to an adaptative solver, enabled to pull down simulation errors : in May maximal differences rised from 1 ˚C to 2 ˚C for respectivelly one minute and hourly wise inputs. More important errors are seen in summer whereas in winter, air temperatures simulated tend to more fluctuate around the set up temperature when the sampling step gets longer. Two one dimensional models, close to traditional taken simulation tools, were used. Model M 1D,sol supposed the incoming radiation to reach only the floor. A 1D model with sun patch movement, called 1D,parois , was also used. These two models evaluated the air temperature with an acceptable error. However, their surface temperatures were still subject to important errors. Thus, for temperature surfaces evaluation, both 1D model presented differences up to 20 ˚C for surfaces touched by the sun patch. In winter, the 3D model can predict heating energy consumptions overestimated by 6.5 % when M 1D,parois overestimated them by 11 % and M1D,sol by 22 %. The improvements brought by our model have been proven also for other cells with different thermal masses. For these cells, differences between M1D,sol and the 3D model could reach 4.5 ˚C. Differences seemed to be more important for low thermal mass cells, and the orientation of the building had a strong impact. This work has confirmed the necessity of representing more accuratelly the descriptions of the enveloppe for strongly insulated rooms. To improve the model, the anisothermal hypotheses of the air should be considered
17
Pham, Minh-Vuong. "Analyse expérimentale : simulation directe et des grandes échelles d'un panache thermique tridimensionnel en rotation." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2287.
Abstract:
L'analyse et la compréhension des écoulements de panache, avec ou sans rotation de la source, constituent l'objectif principal de ce présent mémoire. Les travaux reposent à la fois sur des investigations expérimentales ainsi que des simulations directes et des grandes échelles. En considérant la source statique, des phases d'expulsion et de contraction ont été démontrés, engendré par la convection de structures cohérentes se développant en périphérie immédiate du panache thermique, l'origine de ces structures étant thermique. Les résultats DNS ont permis de valider des modèles de sous maille et un modèle lagrangien " thermique " a été proposé. Avec rotation, un cisaillement altérant alors les structures favorise la turbulence et au-delà d'une vitesse critique, les lois classiques d'un panache sont affectées. Les mécanismes d'entraînement, par l'intermédiaire des phases de contraction et d'expulsion, sont également amplifiés sous l'effet de la rotation de la sourceAnalysis of the thermal plume flows, with or without rotation of its source, constitutes the principal objective of this present report based either on experimental investigations or on direct (DNS) and large-eddy simulations (LES). Under static condition, it was shown that the movement is driven by expulsion and contraction phases in the lateral direction. These mechanisms are directly generated by convection of coherent original thermal structures which develops vicinity of the thermal plume. Several subgrid models were proposed in the LES and a lagrangian "thermal" model was proposed and the whole of the principal characteristics of a turbulent thermal plume was perfectly described. The rotation of the heated source generates a shear layer which accelerates the breaking down of coherent structures. The classical laws are still valid under rotating conditions however their characteristics are modified when the rotating velocities are above a critical value. Entrainment mechanisms, through contraction and expulsion phases, are also amplified under the influence of rotation
18
Launay, Stephen. "Performances thermiques de microcaloducs usinés dans le silicium : modélisation et étude expérimentale." Lyon, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAL0004.
Abstract:
Le présent travail concerne l’étude expérimentale et numérique des performances thermiques de réseaux de microcaloducs usinés dans du silicium. Un modèle numérique a été développé pour simuler les comportements hydrodynamique et thermique d’un réseau de microcaloducs, chargé en eau, dont la section transversale est de forme triangulaire. Cette simulation permet de déterminer la densité de flux maximale correspondant à la limite capillaire, la masse de fluide optimale, les profils de températures et les gradients de température maximaux en fonction de la géométrie. Différents réseaux de microcaloducs en silicium ont été conçus, puis réalisés (en collaboration avec le LPM et le LPCS). Le réseau de microcaloducs est constitué de deux plaquettes en silicium d’épaisseur 350 µm. La première plaquette comporte des canaux, de section triangulaire, réalisés par gravure anisotrope au KOH. La seconde plaquette, qui sert à la fermeture des canaux, comporte sur sa face externe des thermistances en silicium polycristallin. Leur assemblage est effectué par adhésion moléculaire. Pour l'étude expérimentale, deux bancs d’essais ont été réalisés : l’un sert au dégazage du fluide, au remplissage des microcaloducs et à la mesure de la charge, l’autre est utilisé pour caractériser les performances thermiques des différents réseaux de microcaloducs. Pour un réseau de microcaloducs à artère (constitué de trois plaquettes), chargé en méthanol, les profils de températures et la puissance thermique ont permis de déterminer, à l’aide d’un modèle 3D, la conductivité thermique équivalente. Par rapport à une plaquette en silicium (de même épaisseur), on obtient une amélioration de la conductivité thermique équivalente de 300 %Thermal performance of silicon micro heat pipe (MHP) arrays have been studied experimentally and numerically in the present work. A numerical model has been developed in order to simulate the hydrodynamic and thermal behaviour of a water MHP array, whose cross sectional area is triangular. Capillary limit, optimal fluid charge and temperature profiles can be determined according to the geometry. Several silicon MHP arrays have been designed and realised (with the collaboration of LPM and LPCS). The MHP array is made of two silicon wafers of 350 µm thick. V-grooves have been micromachined in the first one using an anisotropic wet-chemical etching (KOH). On the second wafer, used to close the MHP (by fusion bonding with the first wafer), polysilicon thermistors are deposited on the external side. Two experimental set up have been realised for the experimental study. The first one permits to degass the fluid, to charge the MHP array and to measure the charge ; the other one is used to determine the thermal performances of several MHP arrays. For a MHP array made of three wafers and filled with methanol, the temperature profiles and the heat load allow to determine, using a 3D-model, the effective thermal conductivity. Comparing with a silicon wafer (with a same thickness), a noticeable increase in the effective thermal conductivity (about 300 %) is obtained
19
Lahbib, Dorian. "Modélisation aérodynamique et thermique des multiperforations en LES." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS287.
Abstract:
La multi-perforations est un système de refroidissement fréquemment utilisé pour réduire les contraintes thermiques auxquelles les parois de la chambre de combustion sont soumises. Le principe consiste à injecter de l’air froid à travers des milliers de perforations percées dans les parois. Les simulations numériques avec résolution de l’écoulement en proche paroi sont trop coûteuses en temps de calcul de part la présence de petites échelles venant des jets. Des modèles ont été proposés pour réduire le coût du calcul dans des travaux précédents. Un modèle homogène adiabatique représentant l’aérodynamique de l’écoulement autour de la plaque, basé sur la Simulation aux Grandes Echelles d’une plaque perforée infinie a été proposé. Il a ensuite été étendu pour modéliser le comportement aérothermique de l’écoulement autour de la plaque, à partir de calculs résolus des équations de Navier Stokes moyennées. Les objectifs de cette thèse sont d’une part d’évaluer la répartition des flux de chaleur autour de la plaque prédite par le modèle homogène et de proposer un modèle pour prendre en compte l’effet de la multi-perforations sur l’écoulement. Des simulations des Grandes Echelles ont été couplées avec un code résolvant l’équation de la chaleur afin d’acquérir une connaissance approfondie de la structure de l’écoulement et de la répartition des flux de chaleur autour de la plaque. Deux configurations, à un point de fonctionnement représentatif des conditions dans les chambres ont été étudiées: deux canaux communiquent via 12 rangées de trous coniques orientés dans le sens de l’écoulement ou présentant un angle de déviation. Les données générées par les Simulation des Grandes Echelles ont été comparées au modèle homogène et une méthodologie est proposée pour pallier la mauvaise estimation du flux de chaleur induite par l’implémentation numérique. Cette méthodologie peut être étendue pour d’autres approches que l’approche homogène comme le modèle hybride qui représente des trous épaissis en fonction de la résolution du maillage par rapport au diamètre du trou. Le modèle hybride alterne entre une représentation homogène et hétérogène des trous et les résultats obtenus avec cette approche sur les deux configurations sont très encourageantsEffusion cooling is frequently used to lower the thermal constraints of the combustion chambers in aeronautical gas turbines. It consists of injecting a cold air flow through submillimetric holes drilled in the combustor liners. The resolution of the flow in the near-wall regions in 3-D combustion chamber calculations is out of reach in terms of computational cost due to the presence of small scales. Models were proposed to reduce the computational cost in previous works. An adiabatic homogeneous model, to represent the aerodynamics around the plate, based on the resolved Large Eddy Simulation of an infinite perforated plate was proposed. It was later extended to model the aerothermal behavior of the flow, based on spatially resolved RANS calculations. The objectives of this work are to evaluate the homogeneous aerothermal predictions regarding the flux reparation and to propose a model to account for effusion cooling in industrial computations of the flow around the perforated plate. Large Eddy Simulations coupled with a thermal solver have been performed in order to get insight of the flow organization and the heat flux repartition around the plate. Two configurations at a representative aero engine operating point are studied: two channels separated by 12 converging rows with either perforations oriented in the main flow direction or with an angle of deviation. The data from the Large Eddy Simulations have been compared with the homogeneous model and a methodology is proposed to tackle the heat flux miscalculation due to the numerical implementation. This methodology is not limited to the homogeneous approach, it extends to other approaches such as an hybrid model presented in this work which represents enlarged holes based on the size of the cell relative to the hole diameter. The hybrid model switches from a homogeneous representation of the perforations to a heterogeneous representation and encouraging results are obtained for both configurations
20
Fargère, Romain. "Simulation du comportement dynamique des transmissions par engrenages sur paliers hydrodynamiques." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00833202.
Abstract:
Ce travail vise à prédire le comportement dynamique de transmissions par engrenages supportées par des paliers hydrodynamiques, semblables à celles utilisées dans le domaine de la propulsion navale. Un modèle couplé de transmission mécanique est présenté ; il traite la plupart des interactions possibles entre les engrenages, les arbres et les paliers. Un élément d'engrenages à dentures larges, avec raideur non linéaire et dépendante du temps, est combiné à des éléments finis de poutre alors que la contribution des paliers est introduite par la résolution directe de l'équation de REYNOLDS et d'un model thermique simplifié. A cause des jeux de fonctionnement des paliers, une attention particulière a été portée à la définition de l'état de référence et des degrés de liberté. La réponse du système est calculée par la combinaison d'un schéma d'intégration temporelle, d'une méthode de NEWTON-RAPHSON et d'un algorithme de contact normal unilatéral de manière à ce que les conditions de contact aux paliers et entre les dents soient simultanément traitées. Les résultats de simulation sont comparés à des mesures réalisées sur un banc d'essai de haute précision possédant un train simple étage en dentures droites et hélicoïdales, supporté par des paliers lisses de type hydrodynamique. Les comparaisons fournissent un bon accord et aboutissent à la validation du modèle de couplage tant sur les aspects globaux que locaux. Bon nombre de résultats sont également présentés, qui montrent que certains paramètres, bien souvent ignorés dans les modèles de la littérature, tels que la position de la zone d'alimentation des paliers, la température de lubrifiant dans les paliers, les accouplements avec l'environnement extérieur peuvent fortement modifier l'équilibre statique et le comportement dynamique du système, jusqu'aux contacts entre les dents.
21
Mouawad, Grace. "Modélisation et méthodologie de conception d'un four de traitement thermique rapide." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0110.
Abstract:
Au cours du traitement thermique rapide (RTP) des cellules photovoltaïques à couches minces, un suivi du profil de température souhaité et une homogénéité de la chauffe substrat doivent être assurés. Le but de cette thèse est de proposer une méthodologie de conception d'un four RTP permettant d'atteindre la qualité du cycle de la chauffe souhaitée.Une modélisation thermique est réalisée en se basant sur la méthode de réseaux de composants afin de prédire le comportement thermique dynamique du four. L'approximation des flux plans et l'approximation des couches minces semi-transparentes sont utilisées pour le calcul des facteurs d'échanges directs. L'algorithme des revêtements est appliqué pour en déduire les facteurs de transfert. Le modèle thermique développé est validé expérimentalement sur un four de petites dimensions. Une méthodologie de conception du four RTP est proposée en tenant compte de l'aspect dynamique des conditions thermiques du four. Une optimisation par algorithme génétique est effectuée pour trouver l'emplacement des émetteurs. Pour chacune des configurations testées, la distribution de la puissance aux émetteurs à fournir à chaque instant est optimisée par programmation dynamique. Finalement, cette méthodologie est appliquée pour la conception d'un four RTP pour le traitement de cellules photovoltaïques à couches minces de 30 × 60 cm2. Les résultats des essais confirment la validité de la méthodologie proposéeDuring the rapid thermal processing (RTP) of thin film photovoltaic cells, the temperature of the latter has to follow a preset time evolution profile, while keeping spatial uniformity of the wafer. The aim of this study is to propose a design methodology of RTP furnace in order to obtain the quality of the required heating cycle.A thermal modeling is performed based on the component interaction network approach to predict the thermal behavior of the furnace. Flux plane approximation and semi-transparent thin layer approximation are used to calculate the direct exchange factor. The plating algorithm is then applied to calculate the transfer factor. The thermal model developed is validated experimentally on a furnace of small dimensions. A methodology to design a RTP furnace is proposed taking into account the dynamic aspect of the thermal conditions of the furnace. An optimization using the genetic algorithm is performed in order to find emitter dispositions. For each tested configuration, the optimal input power distribution over the emitters at each time step is found by using real time dynamic programming. Finally, the methodology is applied for the design of RTP furnace for the heat treatment of thin film photovoltaic cells of 30 × 60 cm2. Test results confirm the validity of the methodology proposed
22
Chahwane, Layal. "Valorisation de l'inertie thermique pour la performance énergétique des bâtiments." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701170.
Abstract:
L'inertie thermique constitue un atout essentiel pour stocker l'énergie reçue par le bâtiment et la restituer quand cela est nécessaire : elle permet d'emmagasiner les apports gratuits issus du rayonnement solaire pour réduire les consommations énergétiques liées au chauffage en présence d'une isolation performante. En été, son association à la ventilation nocturne contribue à évacuer l'énergie stockée au cours de la journée limitant ainsi les surchauffes à l'intérieur du bâtiment. Une exploitation optimale de l'inertie passe par une sélection appropriée des matériaux de construction lors de la phase d'avant-projet et par le développement de stratégies visant à exploiter leur capacité de stockage. Les outils de simulation thermique dynamique dont on dispose permettent de modéliser de façon assez précise les transferts de chaleur dans l'enveloppe du bâtiment mais leur niveau de finesse n'est pas nécessairement adapté aux besoins des concepteurs au moment de faire les choix les plus fondamentaux. Néanmoins ils demeurent indispensables non seulement pour la validation de ces choix mais aussi pour le développement de méthodes destinées à améliorer l'exploitation de l'énergie avant de procéder à la réalisation d'un projet. Ce travail a consisté à développer une méthodologie de conception basée sur deux approches complémentaires : la première approche permet de décrire le comportement détaillé du bâtiment à l'aide d'un modèle de simulation dynamique performant développé dans la plateforme SimSPARK qu'on a eu l'occasion de comparer aux mesures expérimentales de la plateforme INCAS. La seconde est basée sur le développement de l'outil simplifié CoSPARK qui à partir de la connaissance de quelques éléments clés, permet de déterminer les caractéristiques appropriées de l'enveloppe pour favoriser la performance énergétique des bâtiments. La dernière partie de ce travail a été consacrée à l'optimisation de stratégies d'une part en activant l'inertie thermique dans le cas d'une ventilation nocturne adaptative pour l'été et d'autre part en réduisant les consommations de chauffage en hiver dans le cas d'un plancher couplé à une installation solaire en utilisant le modèle de référence SimSPARK.
23
Rishmany, Jihad. "Comportement statique et dynamique d'une structure périodique 3d d'un échangeur aéronautique : étude expérimentale, modélisation et simulations numériques." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30032.
Abstract:
Les échangeurs thermiques aéronautiques sont soumis à un environnement complexe combinant pression, température et vibrations. L'objectif de cette thèse est l'analyse du comportement statique et dynamique du faisceau d'un tel échangeur. Ce faisceau est une structure complexe périodique 3D composée d'un empilement alterné d'intercalaires où passe l'air chaud et froid respectivement. Différentes approches analytiques et numériques basées sur l'étude d'une cellule élémentaire de la structure sont employées pour modéliser le comportement statique global du faisceau à chaud et à froid. Les résultats statiques sont validés par essais expérimentaux sur différents types d'éprouvettes. À l'issue de cette partie, deux modèles sont proposés pour remplacer la structure réelle du faisceau : un modèle «homogène» et un modèle «stratifié». L'étude dynamique, expérimentale et numérique, montre que ces deux modèles sont capables de prédire de manière satisfaisante le comportement dynamique du faisceauAeronautical heat exchangers are subjected to a complex environment combining pressure, temperature and vibrations. The objective of this thesis is the analysis of the static and dynamic behavior of the core of an exchanger. The core is a 3D-periodic complex structure composed of an alternate stacking of fins where passes the hot and cold air respectively. Various analytical and numerical approaches based on the study of a basic cell of the structure are employed to model the global static behavior of the core at 20 and 350°C. Static results are validated by experimental tests on various types of specimens. At the end of this part, two models are proposed to replace the real structure of the core : a «homogeneous» model and a «laminated» model. The dynamic study, experimental and numerical, shows that these two models are capable of predicting satisfactorily the dynamic behavior of the core
24
Bizzari, Romain. "Modélisation aérodynamique et thermique des plaques multiperforées en LES." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0101/document.
Abstract:
Dans les chambres de combustion aéronautiques, le refroidissement par micro-percage est la technique privilégiée pour protéger les parois contre les gaz chauds. L’air frais provenant du contournement traverse des milliers de perforations inclinées et for- ment des micro-jets. Ces derniers coalescent en un film qui protège les parois du tube a flamme. Avec les moyens informatiques actuels, effectuer une simulation aux grandes échelles d’un moteur réel est impossible. En effet, le nombre de micro-trous est beaucoup trop important pour permettre une résolution détaillée de chacun. Des modèles numériques sont donc nécessaires. Le modèle homogène, développé en 2008, permet de simuler des plaques multiperforees avec des maillages dont la résolution est supérieure a celle du trou. Il ne permet cependant pas de représenter la pénétration ni le mélange des jets avec les gaz chauds. Pour remédier a cela, une approche hétérogène, appelée modèle a trou épaissi, a été développée au cours de cette thèse. La précision étant toujours relative au maillage, une méthode de maillage adaptatif augmentant automatiquement la résolution dans les zones clés a été propose afin d’obtenir de meilleurs résultats pour un faible surcoût. Predire la température des parois du tube a flamme est l’objectif final des ingénieurs. A cet effet, une méthodologie appelée Adiab2colo, permettant d’évaluer la température de paroi a partir d’un calcul adiabatique non résolu, a également été développée. Ces trois techniques sont maintenant couramment utilisées par Safran Helicopter Engine pour la conception des moteurs de demainNumerical simulation is progressively taking importance in the design of an aero- nautical engine. However, concerning the particular case of cooling devices, the high number of sub-millimetric cooling holes is an obstacle for computational sim- ulations. A classical approach goes through the modelling of the effusion cooling by homogenisation. It allows to simulate a full combustor but failsin representing the jet penetration and mixing. A new approach named thickened-hole model was developed during this thesis to overcome this issue. A work on improving the mesh resolution onkey areas thanks to an automatic adaptive method is also presented, leading to a clear breakthrough. In parallel, as the flame tube temperature is a cornerstone for the combustor durability,a low-cost approach is proposed to predict it. To meet the time-constraints of design, it is based on thermal modelling instead of a direct thermal resolution
25
Ali, Samer. "Concept innovant d'échangeur/réacteur multifonctionnel par contrôle dynamique passif par générateurs de vorticité flexibles." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0034/document.
Abstract:
Le but de cette étude est d’étudier l’utilisation d’interactions fluide-structure (FSI) pour améliorer le transfert de chaleur et les performances de mélange dans des échangeurs-réacteurs multifonctionnels, et d’évaluer des configurations pour lesquelles l’objectif est de produire et de maintenir un régime dynamique auto-entretenu d’oscillations des générateurs de tourbillons flexibles. Dans un premier temps, deux études numériques ont été réalisées pour des écoulements laminaires bidimensionnels. Les résultats montrent qu’un minimum de trois générateurs de tourbillons alternés est nécessaire pour produire une instabilité qui engendre les oscillations de larges amplitudes. L’ajout de deux promoteurs coplanaires en amont déstabilise l’écoulement en créant des forces périodiques agissant sur les générateurs de tourbillons en aval. Il en résulte une augmentation de la vitesse réduite qui impose un blocage en fréquence des oscillations des générateurs de tourbillons en aval. Dans cette configuration, des oscillations de larges amplitudes sont obtenues pour uniquement deux générateurs de tourbillons en aval. Les oscillations des générateurs de tourbillons produisent une vorticité intense qui a une incidence positive que le transfert de chaleur et sur le mélange. Dans un second temps, une configuration tridimensionnelle HEV incluant des générateurs de tourbillons trapézoïdaux flexibles orientés a 45◦ vers l’amont est étudiée par simulations numériques. Une analyse FFT réalisée sur les coefficients issus d’une analyse POD montre un pic fréquentiel correspondant aux formations et lâchers tourbillonnaires périodiques. Cette fréquence dominante correspond bien au mode propre d’oscillation des générateurs de tourbillons et engendre ainsi de larges amplitudes d’oscillationsThe aim of this study is to investigate the use of fluid-structure interaction (FSI) to improve heat transfer and mixing performances in multi-functional heat exchangers/reactors, and to evaluate configuration designs where the main target is to produce and maintain self-sustained oscillations of flexible vortex generators. At first, two dimensional laminar flow studies are numerically investigated. The results show that a minimum of three alternating flaps is needed to produce an instability that leads to large displacement oscillations. However, the introduction of two co-planar flaps upstream destabilizes the flow by creating periodic forces that act on the alternating downstream flaps. Hence, this results in artificially increasing the reduced velocity that will induce the alternating flaps to be in a lock-in state. Thus in this case, large displacement amplitudes are created with two alternating flaps only. The free flaps oscillations produce vortices of higher strength which have a positive impact on heat transfer and mixing. Secondly, a three dimensional HEV configuration with flexible trapezoidal vortex generators inclined with an angle of 45◦ with respect to the wall and reversed opposite to the flow direction is numerically investigated. Fast Fourier Transformation is applied on the temporal variation of the Proper Orthogonal Decomposition (POD) coefficientswhich displays a dominant peak in the flow and corresponds to the vortices periodic formation and detachment. This dominant frequency synchronizes well with the structural oscillation frequency and the fundamental frequency of the tabs reaching a lock-in state and leading to large oscillation amplitudes
26
Mathelin, Lionel Lallemand André Daumas-Bataille Françoise. "Etude numérique, expérimentale et théorique de l'influence de l'effusion sur la dynamique et la thermique de l'écoulement autour d'un cylindre circulaire poreux." Villeurbanne : Doc'INSA, 2006. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=mathelin.
27
Fargere, Romain. "Simulation du comportement dynamique des transmissions par engrenages sur paliers hydrodynamiques." Thesis, Lyon, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAL0130/document.
Abstract:
Ce travail vise à prédire le comportement dynamique de transmissions par engrenages supportées par des paliers hydrodynamiques, semblables à celles utilisées dans le domaine de la propulsion navale. Un modèle couplé de transmission mécanique est présenté ; il traite la plupart des interactions possibles entre les engrenages, les arbres et les paliers. Un élément d’engrenages à dentures larges, avec raideur non linéaire et dépendante du temps, est combiné à des éléments finis de poutre alors que la contribution des paliers est introduite par la résolution directe de l’équation de REYNOLDS et d’un model thermique simplifié. A cause des jeux de fonctionnement des paliers, une attention particulière a été portée à la définition de l’état de référence et des degrés de liberté. La réponse du système est calculée par la combinaison d’un schéma d’intégration temporelle, d’une méthode de NEWTON-RAPHSON et d’un algorithme de contact normal unilatéral de manière à ce que les conditions de contact aux paliers et entre les dents soient simultanément traitées. Les résultats de simulation sont comparés à des mesures réalisées sur un banc d’essai de haute précision possédant un train simple étage en dentures droites et hélicoïdales, supporté par des paliers lisses de type hydrodynamique. Les comparaisons fournissent un bon accord et aboutissent à la validation du modèle de couplage tant sur les aspects globaux que locaux. Bon nombre de résultats sont également présentés, qui montrent que certains paramètres, bien souvent ignorés dans les modèles de la littérature, tels que la position de la zone d’alimentation des paliers, la température de lubrifiant dans les paliers, les accouplements avec l’environnement extérieur peuvent fortement modifier l’équilibre statique et le comportement dynamique du système, jusqu’aux contacts entre les dentsThe present work is aimed at predicting the dynamic behaviour of geared transmissions supported by hydrodynamic journal bearings, similar to those used in naval propulsion. A global model of mechanical transmissions is introduced which deals with most of the possible interactions between gears, shafts and hydrodynamic journal bearings. A specific element for wide-faced gears with non linear time-varying mesh stiffness and tooth shape deviations is combined with shaft finite elements whereas the bearing contributions are introduced based on the direct solution of REYNOLDS’ equation and a simple thermal model. Because of the large bearing clearances, particular attention has been paid to the definition of the degrees-of-freedom and their datum. Solutions are derived by combining a time-step integration scheme, a NEWTON-RAPHSON method and a normal contact algorithm in such a way that the contact conditions in the bearings and on the gear teeth are simultaneously dealt with. The simulation results are compared with the measurement obtained on a high-precision test rig with single stage spur and helical gears supported by hydrodynamic journal bearings. The experimental and simulation results compare well thus validating the simulation strategy both at the global and local scales. A number of results are presented which show that parameters often discarded in global models such as the location of the oil inlet area, the oil temperature in the bearings and external couplings with mechanical parts can be influential on the static and dynamic behaviour of the system
28
Gloriant, François. "Caractérisation et modélisation d'une fenêtre parieto-dynamique à trois vitrages." Thesis, Artois, 2014. http://www.theses.fr/2014ARTO0205/document.
Abstract:
La fenêtre pariéto-dynamique est un système « passif » de récupération de chaleur. Son principe de fonctionnement consiste à faire circuler l’air neuf de ventilation entre les lames de verre avant son introduction dans le volume habitable. Une partie de la chaleur traversant les vitrages est alors récupérée par l’écoulement d’air. La fenêtre Paziaud® est une fenêtre pariéto-dynamique particulière, composée de trois vitrages séparés par des lames d’air ventilées qui forment un conduit en U. Alors que la mise en place d’un système de ventilation double flux est complexe dans un contexte de réhabilitation, ce type de fenêtre présente une alternative intéressante moyennant un surcoût d’environ 20% par rapport à une fenêtre double vitrage classique mais permettant une récupération de chaleur non négligeable.Afin de caractériser les performances de la fenêtre Paziaud®, des études numériques et expérimentales ont été entreprises et ont confirmé le potentiel du dispositif. Par ailleurs, la prise en compte de ce genre de système dans les codes de simulation thermique des bâtiments n’est pas satisfaisante. Pour répondre à ce besoin, ont été développés plusieurs modèles simplifiés basés sur un bilan thermique représentable par analogie électrique. Une attention particulière a été portée sur le traitement des échanges convectifs dans les lames d’air. Les résultats ont permis de valider un modèle simplifié, qui pourra être utilisé par la suite dans un code de thermique de l’habitatThe ventilated window is a passive system of heat recovery. It draws fresh air circulating between window’s glasses from the outside to the inside. A part of the heat which crosses the glasses is then recovered by the air flow. The Paziaud® window is composed of three glasses separated by ventilated air spaces in U-shape. While the implementation of a double-flow ventilation system for the housing retrofitting is complex, this Paziaud® window costs only 20% more than a conventional double-glazed window but improves significantly the heat recovery.In order to study the performance of the Paziaud® window, numerical and experimental works have been undertaken and have confirmed the potentiality of such windows. However, a thermal code able to take into account the heat exchange is not available for such system. Considering this lack of simulations, several simplified models based on electrical analogy have been developed. Particular attention is paid to the convective exchange process in the ventilated air spaces. The numerical results could validate a simplified thermal model which can be integrated to the building codes
29
Mathelin, Lionel. "Etude numérique, expérimentale et théorique de l'influence de l'effusion sur la dynamique et la thermique de l'écoulement autour d'un cylindre circulaire poreux." Lyon, INSA, 2001. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2001ISAL0028/these.pdf.
Abstract:
Ce travail concerne l'étude numérique et expérimentale de l'écoulement et des transferts de chaleur autour d'un cylindre circulaire poreux en écoulement croisé, soumis à de l'effusion non-isotherme (écoulement interne). Les régimes d'écoulement sont stationnaires et instationnaires, laminaires et turbulents. Deux modèles d'effusion sont proposés. Les manipulations expérimentales permettent de valider les simulations numériques et les modèles d'effusion. En particulier, l'anémométrie à fils chauds et fil froid permet de comparer les profils de vitesse et de température avec les simulations numériques. Un bon accord est constaté. Un couplage écoulement interne à la matrice poreuse / écoulement externe au cylindre est réalisé sous la forme d'une fonction externe au code numérique, prenant en compte les transferts radiatifs afin de déterminer la température de paroi à l'équilibre. Les performances de l'injection de liquide (transpiration) sont expérimentalement évaluées avec de l'eau et de l'éthanol et montrent une excellente efficacité du procédé. Enfin, l'influence de l'effusion sur les instabilités est étudiée. Il est constaté que l'effusion fait baisser la fréquence de détachement des tourbillons primaires et secondaires et modifie la structure de la couche de cisaillement. En présence d'effusion, une série de pics supplémentaires apparaît. En utilisant la théorie de stabilité linéaire, il est montré que les taux de croissance sont significativement affectés par l'effusion et que la structure du sillage proche, et notamment la zone absolument instable, est modifiée. Enfin, des simulations numériques 3-D ont permis de conclure que l'effusion réduit les phénomènes tridimensionnelsThis work is concerned about the numerical and experimental study of the flow and heat transfer over a porous circular cylinder in cross-flow submitted to non-isothermal blowing (internal flow). Flow regimes are steady and unsteady, laminar and turbulent. Two blowing models are proposed. The experiments allow for numerical simulation and blowing models validation. In particular, using hot- and cold-wire anemometry, velocity and temperature profiles are compared with numerical simulations. A coupling between internal flow within the porous matrix and external flow over the cylinder is achieved, in the form of an user defined function of the code accounting for radiative heat transfer, to determine the equilibrium wall temperature. Performances of liquid injection (transpiration cooling) are experimentally evaluated with water and ethanol and prove excellent thermal protection effectiveness of the process. Moreover, the blowing influence on instabilities influence on instabilities is studied. It is seen that the blowing lowers the primary and secondary vortex shedding frequency and modifies the shear layer structure. In case of blowing, a series of peaks appears. Using the linear stability theory, it is shown that growth rates are significantly affected by blowing and that the near wake structure, and the absolutely convective zone in particular, is modified. Finally, performed 3-D numerical simulations lead to the conclusion that blowing reduces tri-dimensional effects
30
Gueye, Abdoulaye. "Modélisation et simulations numériques des écoulements et instabilités thermiques de fluides non-Newtonien en milieu poreux." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10154/document.
Abstract:
Ce travail de thèse sur les milieux poreux est axé sur deux parties. La première concerne l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide Newtonien ou non-Newtonien au sein d'un système fluide/poreux. L'approche à un seul domaine qui consiste à écrire l'équation de Navier-Stokes incluant le terme de Darcy-Brinkman-Forchheimer est adoptée dans cette étude. La relation entre le gradient de pression et la vitesse débitante linéaire dans le cas de Darcy où le fluide est Newtonien, est obtenue. Cette relation est étendue dans le cas non-Darcy où le fluide est non Newtonien. L'influence des nombres de Darcy et de Forchheimer sur la structure de l'écoulement est montrée. Dans la seconde partie, une étude de stabilité linéaire et numérique de la convection naturelle de fluides viscoélastiques saturant une couche poreuse horizontale chauffée par un flux constant est réalisée. Une étude d'instabilité primaire et secondaire nous a permis de montrer que pour un fluide Newtonien, la convection monocellulaire perd sa stabilité au profit des rouleaux longitudinaux. Dans le cas des fluides viscoélastiques, on trouve que l'élasticité du fluide induit la sélection des rouleaux transversaux propagatifs. Une solution numérique basée sur un schéma aux différences finies est venue conforter ces résultats analytiquesThe present thesis on porous media concentrates in two parts. The first concerns the numerical study of the flow of a Newtonian or a non-Newtonian fluid within a fluid/porous system. The approach of a single domain, which consists of/in writing the Navier-Stokes equation including the Darcy-Brinkham-Forchheimer term, is chosen in this study. The linear relation between the pressure gradient and the bulk velocity in the Darcy case, for which the fluid is Newtonian, is obtained. This relation is extended to the non-Darcy case, for which the fluid is non-Newtonian. The influence of Darcy and Forchheimer numbers on the structure of the flow is presented. In the second part, linear stability and numerical analysis of the natural convection of viscoelastic fluids saturating a horizontal porous layer heated by a constant flux is performed. A primary and secondary instability study allowed to show that, for a Newtonian fluid, the unicellular convection loses its stability to the benefit of longitudinal rolls. In the case of viscoelastic fluids, the elasticity of the fluid leads to the selection of propagation transverse rolls. A numerical solution based on a finite difference scheme has reinforced these analytical results
31
Batier, Cécile. "Confort thermique et énergie dans l’habitat social en milieu méditerranéen : d'un modèle comportemental de l’occupant vers des stratégies architecturales." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTS019/document.
Abstract:
La performance énergétique des bâtiments peut être estimée grâce à la réalisation de simulations de thermique dynamique qui prennent en compte différentes hypothèses conventionnelles telles que celles définies dans la réglementation thermique 2012 (météo, occupation, consignes de température, usages de la fenêtre et du volet par les occupants, etc.). Les retours d’expériences dans les bâtiments énergétiquement performants mettent en évidence des écarts importants de consommations énergétiques entre les prévisions et les mesures in situ ainsi que des surchauffes estivales. D’après la communauté scientifique, même s’il existe de multiples facteurs pouvant expliquer ces écarts, l’occupant semble être l’élément le plus impactant. En effet, son action sur la fenêtre et le volet modifie le renouvellement d’air et la gestion des apports solaires. L’usage mais aussi la typologie de la fenêtre et du volet affectent donc les consommations énergétiques et le confort. L’objectif de notre étude est l’analyse de l’évolution thermique d’appartements occupés afin d'établir un modèle comportemental de l’occupant réel permettant de quantifier l’impact des modifications architecturales sur le confort thermique et les performances énergétiques des bâtiments. L’objet d’étude est un ensemble de deux résidences situées sur la commune de Vauvert (Gard, France) construites en 1969. De caractéristiques constructives identiques et suite à des rénovations similaires (V.M.C., chaudières, fenêtres), l’une d’entre elles a été récemment isolée thermiquement par l’extérieur. Une analyse sur une année des conditions thermiques réelles, du comportement individuel de l’occupant et des consommations d’énergie est menée sur la base d’enquêtes et par une instrumentation in situ dans les séjours de 13 appartements occupés. Elle nous permet de définir un modèle comportemental de l’occupant soit 32 combinaisons d’usage de la fenêtre et du volet qui peuvent être regroupées selon trois profils d’occupants (l’occupant « expert », l’occupant « actif » et l’occupant « contre-productif »). La modélisation fine des paramètres nécessaires pour les simulations de thermique dynamique réalisées avec Pléiades+COMFIE, aide à la compréhension de l’impact des stratégies architecturales sur le confort et les consommations énergétiques des bâtiments en milieu méditerranéen. L’analyse thermique des deux résidences (isolée et non isolée) montre, en hiver, des niveaux similaires de consommation pour un confort réduit dans la résidence non isolée. Cependant, en été, lors de pics de température, des surchauffes apparaissent dans la résidence isolée. Le comportement de l’individu a ainsi un rôle essentiel dans la limitation de l’inconfort d’été. Les analyses des mesures in situ montrent que des stratégies permettant le rafraîchissement des appartements ne sont pas toujours mises en place par les occupants. Des solutions architecturales atténuant le comportement contre-productif de l’individu sont finalement évaluéesThe current design of energy-efficient buildings used to be performed by dynamic thermal simulations using conventional hypotheses like those of the 2012 French thermal regulations (weather reports, occupancy, temperature set, operations of windows and shutters by occupants, etc...). However, feedback highlights a great difference in energy consumption between forecasts on the one hand and in situ measurements in winter as well as overheating in summer on the other hand. According to the scientific community, even if many factors can account for this gap, the inhabitants seem to play a major role in it as well. Indeed, by acting on their windows and shutters, they modify the renewal rate of fresh air and the management of solar contributions. As the matter of fact, the use and the type of windows and shutters affect the energy consumptions and the comfort. The aim of this study is to analyse the thermal evolution of occupied apartments in order to establish a behavioral model of the occupants. This will allow us to quantify the impact of architectural modifications on the thermal comfort and the energy performances of buildings.Two residential buildings are investigated in Vauvert (a city in southern of France). Both of them were built in 1969 using the same constructive techniques and have lately been renovated in a similar way (CMV, boilers, windows). The only difference is that on the facade of one of them an external thermal insulation has recently been installed. The analysis of the real thermal conditions, of the actual human behavior and of the amount of energy consumed is built on surveys and on an extensive year-round in situ instrumentation in the living rooms of 13 apartments. It allows us to define a behavioral model of occupants based on 32 different combinations in the operations of windows and shutters. We can divide them into three occupants' profiles (the “expert” occupant, the “active” occupant and the “counterproductive” occupant). Digital Pléiades+COMFIE simulations are made in order to validate this model. The refined modeling of the dynamic thermal simulation parameters helps to understand the impact on the thermal comfort and the energy consumption of different architectural strategies in the Mediterranean area.In winter the thermal analysis of the two residential buildings (insulated and non insulated) shows similar levels of consumption, but a lower level of thermal comfort in the non insulated case. However during temperature peaks in summer, overheating appears in the insulated dwellings, but human behavior is the key to limit occupants’ discomfort. The analysis of in situ measurements shows that strategies to cool down the apartments are not always implemented by occupants. Architectural solutions mitigating “counterproductive” occupants’ behavior are finally examined
32
Guyot, Dimitri. "Evaluation sur modèle de simulation thermique dynamique calibré des performances d’un contrôleur prédictif basé sur l’utilisation de réseaux de neurones." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAC022.
Abstract:
Le développement des techniques d’apprentissage automatique, et plus particulièrement des réseaux de neurones, associé à celui des nouvelles technologies de l’information et de la communication, bouleverse nos sociétés à travers des avancées technologiques dans une variété de secteurs d’activité. Le secteur du bâtiment n’est pas épargné, si bien que ces techniques peuvent constituer une opportunité intéressante dans un contexte où les émissions de gaz à effet de serre doivent être drastiquement réduites. L’objectif de ces travaux est d’évaluer l’intérêt de ces techniques appliquées à l’énergétique du bâtiment, dans une optique de réduction des consommations énergétiques et d’amélioration du confort thermique. Nous veillons par ailleurs à garder lors de cette évaluation une vision globale, en plaçant les éventuels avantages en face des différents besoins relatifs au développement de ces technologies. Ce travail de thèse s’organise en trois parties précédées d’une introduction détaillée visant à donner au lecteur une vue d’ensemble des différents éléments de contexte, permettant ainsi la mise en perspective du travail de thèse. Nous donnons ensuite dans la première partie le cadre théorique nécessaire à la compréhension des problématiques rencontrées lors de l’élaboration et de la création des réseaux de neurones pour des applications à l’énergétique du bâtiment. Dans un second temps, une étude bibliographique donnant au lecteur un large aperçu des diverses applications des réseaux de neurones au domaine de l’énergétique du bâtiment est présentée. La seconde partie est consacrée à la calibration du modèle de bâtiment utilisé ensuite pour tester et évaluer un contrôleur prédictif mettant en œuvre des réseaux de neurones. Après une explication de la méthode utilisée puis une présentation détaillée du modèle, une analyse complète des résultats de calibration est menée. Nous terminons cette partie par des observations et recommandations concernant les méthodes classiques de calibration préconisées par différents organismes internationaux. Enfin, une application concrète mettant en œuvre des réseaux de neurones pour le contrôle prédictif de la température intérieure est présentée au cours de la troisième partie. Après un point théorique concernant le contrôle prédictif, nous détaillons la méthode développée pour l’entraînement des réseaux de neurones utilisés. Les résultats obtenus en simulation avec un contrôleur prédictif sont ensuite analysés et comparés à ceux obtenus en présence de deux contrôleurs de référence pour diverses hypothèses de simulation. Le contrôleur prédictif est ainsi testé dans plusieurs cas de figures, allant d’une situation idéale à des conditions de fonctionnement plus réalistes, en passant par deux types d’émetteurs de chaleur différents, à savoir des plafonds rayonnants et un plancher chauffantThe development of machine learning techniques, particularly neural networks, combined with the development of new information and communication technologies, is shaking up our societies through technological advances in a variety of sectors. The building sector is not spared, so these techniques may represent an interesting opportunity in a context where greenhouse gas emissions must be drastically reduced. The objective of this work is to assess the interest of these techniques in the field of building energy, with the aim of reducing energy consumption and improving thermal comfort. In addition, we ensure that this evaluation is carried out with a global vision, by placing the possible advantages in front of the different needs relating to the development of these technologies. This thesis work is organized in three parts preceded by a detailed introduction intended to give the reader an overview of the various contextual elements, thus allowing the thesis work to be placed in perspective. We then give in the first part the theoretical framework needed to understand the problems encountered during the elaboration and creation of neural networks for building energy applications. Then, a bibliographical study giving the reader a broad overview of the various applications of neural networks in the field of building energy is presented. The second part is devoted to the calibration of the building model that is then used to test and evaluate a predictive controller implementing neural networks. After an explanation of the method used and a detailed presentation of the model, a complete analysis of the calibration results is carried out. We conclude this part with observations and recommendations regarding the standard calibration guidelines recommended by three international organizations. Finally, a practical application using neural networks for the predictive control of indoor temperature is presented in the third part. After a theoretical introduction concerning predictive control, we detail the method employed to train the neural networks used. The results obtained in simulation with a predictive controller are then analyzed and compared with those obtained with two reference controllers for various simulation hypothesis. The predictive controller is thus tested in several scenarios, ranging from an ideal situation to more realistic operating conditions, including two different types of heat emitters, namely radiant ceilings and underfloor heating
33
Salmon, Élodie. "Étude des mécanismes du craquage thermique par simulation dynamique moléculaire de géopolymères organiques avec un champ de force réactif (ReaxFF)." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2008. http://www.theses.fr/2008INPL003N/document.
Abstract:
Le kérogène, fraction insoluble de la matière organique sédimentaire, est un mélange complexe et hétérogène de macromolécules organiques. Ces structures évoluent, essentiellement sous l’effet de la température, au cours des temps géologiques et génèrent les hydrocarbures présents dans les bassins sédimentaires. Comprendre et quantifier les mécanismes physicochimiques associés à ce processus est important pour l’estimation des réserves pétrolières. Au cours de cette étude, deux géopolymères ont été sélectionnés pour représenter la décomposition thermique de structures typiques des kérogènes naturels. Dans un premier temps, une étude expérimentale nous a permis (1) de proposer des structures moléculaires des géopolymères et (2) de décrire les mécanismes primaires de décomposition des géopolymères. Les échantillons ont été analysés au moyen d’expériences de pyrolyse en milieu confiné à cinq températures de référence comprises entre 200 à 300°C. Un schéma cinétique correspondant aux processus précoces de décomposition a été établi à partir des observations expérimentales pour chacun des deux géopolymères. Dans un deuxième temps, les modèles moléculaires élaborés dans l'étape précédente ont été soumis à des simulations moléculaires dynamiques utilisant un champ de forces réactif (ReaxFF). Ces simulations ReaxFF ont apporté une interprétation théorique aux processus-clés observés expérimentalement. L’ensemble des résultats de cette étude suggère que les modèles cinétiques, en une étape implémentés dans les simulateurs de bassin standard ne reproduisent pas correctement la physicochimie des processus de décomposition de la matière organique dans les roches mères naturellesKerogen, the insoluble fraction of sedimentary organic matter, is a complex mixing of organic macromolecules, the structure of which evolves during geological times as a function of temperature mainly. The thermal evolution of kerogen is at the origin of hydrocarbon deposits in sedimentary basins. Understanding and quantifying the physicochemical processes associated to this transformation is therefore important to improve the evaluation of petroleum systems. During this study, two geopolymers were selected in order to represent the thermal decomposition of typical structures in natural kerogen. Firstly, an experimental protocol was set up (1) to define molecular structures of the geopolymers, and (2) to describe primary mechanisms of decomposition of both geopolymers. The two samples were analysed using off-line pyrolysis experiments, at five reference temperatures comprised between 200 to 300°C. A kinetic scheme accounting for early decomposition processes was derived from these experimental observations for each geopolymer. Secondly, molecular models were submitted to molecular dynamic simulations using a reactive force field (ReaxFF). ReaxFF simulations provided theoretical supports to the key-processes derived from laboratory experiments. On the overall, results of this study suggested that kinetic models in one step (= parallels reactions implemented in standard (commercial) basin simulators do not adequately reproduce the physicochemistry of organic matter decomposition processes in natural source rocks
34
Salmon, Élodie Marquaire Paul-Marie. "Étude des mécanismes du craquage thermique par simulation dynamique moléculaire de géopolymères organiques avec un champ de force réactif (ReaxFF)." S. l. : INPL, 2008. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2008_SALMON_E.pdf.
35
Rishmany, Jihad. "COMPORTEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE D'UNE STRUCTURE PERIODIQUE 3D D'UN ECHANGEUR AERONAUTIQUE : ÉTUDE EXPERIMENTALE, MODELISATION ET SIMULATIONS NUMERIQUES." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00175832.
Abstract:
Les échangeurs thermiques aéronautiques sont soumis à un environnement complexe combinant pression, température et vibrations. L'objectif de cette thèse est l'analyse du comportement statique et dynamique du faisceau d'un tel échangeur. Ce faisceau est une structure complexe périodique 3D composée d'un empilement alterné d'intercalaires où passe l'air chaud et froid respectivement. Différentes approches analytiques et numériques basées sur l'étude d'une cellule élémentaire de la structure sont employées pour modéliser le comportement statique global du faisceau à chaud et à froid. Les résultats statiques sont validés par essais expérimentaux sur différents types d'éprouvettes. À l'issue de cette partie, deux modèles sont proposés pour remplacer la structure réelle du faisceau : un modèle «homogène» et un modèle «stratifié». L'étude dynamique, expérimentale et numérique, montre que ces deux modèles sont capables de prédire de manière satisfaisante le comportement dynamique du faisceau.
36
Vu, Van Huyen. "Modélisation hybride et multi-échelle pour la simulation des écoulements et des transferts thermiques dans les micro-canaux." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1163/document.
Abstract:
L'objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro-/nano-conduites. Cette approche doit permettre de décrire, aussi bien les petites échelles relatives aux interactions du fluide avec les atomes du mur, que les grandes échelles de l’écoulement engendrées par les conditions aux limites d'entrée/sortie du canal. Pour cela, nous avons développé une méthode qui couple une modélisation continue des écoulements et des transferts de chaleur dans le cœur du canal avec une modélisation discrète proche des parois, basée sur une représentation atomistique du fluide et du mur.Les équations de Navier-Stokes et de l’énergie, couplées à une équation d’état, sont approximées par une méthode de volumes finis dans le cœur de l’écoulement alors que des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour représenter finement les interactions entre le fluide et la paroi. Cette approche hybride nécessite la transmission d’informations entre les modélisations : les grandeurs moyennées moléculaires sont imposées comme conditions aux limites pour le modèle continu, et la dynamique sous contrainte, couplée à un thermostat de Langevin, est utilisée pour piloter l’échelle moléculaire. Une représentation par des plots moléculaires locaux de petite taille, intelligemment répartis le long de l’interface entre le fluide et le mur, permet de traiter des écoulements et des transferts dans des canaux de très grands allongements, pour des coûts de calcul raisonnables.Après une partie de validation, des simulations hybrides multi-échelles d’écoulements dans des canaux constitués de parois en platine ont été menées pour de l’argon en phase liquide (incompressible) ou gazeuse (compressible), en tenant compte éventuellement du changement de phase au voisinage de la paroiThe main objective of this thesis is to model the multi-scale heat and fluid flows in micro-/nano channels. This method must be able of capturing at the same time the fluid/solid interaction at the small scale but also the flows induced by the inlet/outlet boundary conditions at the large scale. To this aim, we have adopted an approach coupling the continuum model in the bulks of the channel and the discrete model at the vicinity of the wall, based on an atomistic representation of the fluid and the solid.The Navier-Stokes and energy equations, coupled with an equation of state, are approximated by a finite volume method and the molecular dynamics simulations are used to finely represent the interaction between the fluid and the solid. This hybrid method requires information transmission between the former two regions: averaged quantity in molecular dynamics simulations are imposed as boundary conditions for the continuous model and constrained dynamics, coupled with a thermostat Langevin, is used to control in the molecular level. A set of small molecular dynamics blocks, smartly distributed all along the wall/fluid interface, allows to treat flow and heat transfers in a long micro/nano-channel with a reasonable computational cost.After a validation step, the hybrid multi-scale simulations of complex fluid flows in the channel composed of the platinum wall have been conducted for argon in incompressible liquid or compressible gaseous phase with and without phase change in the vicinity of the wall
37
Marcault, Emmanuel. "Contribution à l'intégration d'un indicateur de vieillissement lié à l'état mécanique de composants électroniques de puissance." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00728764.
Abstract:
Ce travail de thèse s'inscrit dans la cadre d'un projet ANR inter-Carnot " ReMaPoDe (Reliability Management of Power Devices) ". L'objectif général du projet est de réaliser un dispositif permettant d'évaluer en temps réel l'état de vieillissement d'un assemblage de puissance embarqué par le suivi de son état thermique et mécanique pendant son fonctionnement. L'essentiel du travail présenté dans ce mémoire consiste à mettre en évidence la relation entre le vieillissement mécanique d'un assemblage de puissance et les dérives électriques qui peuvent être observées. En outre, compte tenu des problèmes thermiques liés aux applications embarquées, la caractéristique électrique choisie comme indicateur doit être rendue indépendante des effets de la température. Ainsi, après un état de l'art consacré à la présentation des différents types de vieillissement et aux défaillances rencontrées dans les assemblages de puissance, nous distinguerons différentes caractéristiques électriques qui semblent prometteuses pour effectuer le suivi en temps réel de l'état de vieillissement mécanique d'un assemblage de puissance et ce malgré des variations de température ambiante et le vieillissement de certains matériaux constituant l'assemblage.
38
Lemerini, Mostefa. "Modelisation et simulation numerique de l'empreinte thermique d'une decharge pointe-plan dans l'air. Application a l'etude de la dynamique des neutres." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1993. http://www.theses.fr/1993STR13157.
Abstract:
Durant le developpement du plasma dans la decharge, l'evolution spatio-temporelle de la temperature des particules neutres peut etre consideree comme etant le resultat de l'interaction entre les particules chargees et les particules neutres. En effet, le gradient de temperature provoque un phenomene de diffusion et de convection qui resulte de la forte heterogeneite de la distribution spatiale de neutres. Dans ce travail, nous simulons l'empreinte thermique creee dans une decharge electrique de type pointe-plan realisee dans l'air a la pression atmospherique. Le gaz etant soumis a une injection d'energie qui resulte d'un champ electrique inhomogene dans l'espace, dans deux situations differentes: injection stationnaire, puis injection variable. L'evolution spatio-temporelle des particules neutres est analysee sur la base des equations de la dynamique des fluides, dans un espace a deux dimensions, en utilisant les coordonnees cylindriques et en supposant l'existence d'une symetrie de revolution autour de l'axe de la decharge. La methode de resolution est basee sur la technique de correction de flux de transport, qui est une methode tres efficace dans l'etude d'ecoulements complexes presentant de forts gradients. On obtient ainsi, en fonction du temps et de l'espace l'evolution et la distribution du champ de vitesse et des differentes grandeurs liees a la dynamique des neutres
39
Peter, Simone. "Structure and relaxation of thin glass forming polymer films." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2007/PETER_Simone_2007.pdf.
Abstract:
Nous avons utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour étudier des films ultra-fins de polymères, à l'aide d'un modèle coarse-grained. Nous avons analysé la dynamique au sein du film, aussi bien en moyenne que par couches en fonction de la distance à la surface. Nous avons déterminé la température de transition vitreuse Tg au cours de refroidissements. Il ressort de ces études que la dynamique est accélérée dans les couches minces par rapport à la situation du fondu en volume, et Tg diminue. Des films de polymères en solution ont également été étudiés en présence d'un solvant explicite. Nous nous sommes intéressés à la formation de films de polymères purs par évaporation du solvant; les résultats obtenus montrent que la dynamique est plus rapide et Tg plus basse en présence du solvant. Alors que nous pouvons observer une diffusion fickienne à des températures supérieures à Tg, pour des températures plus basses, les déviations par rapport à ce comportement sont notables.
40
Francioso, Pierre-Arnaud. "Détermination de la résistance thermique d'une interface cristal/amorphe à l'aide de la dynamique moléculaire classique." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10210/document.
Abstract:
L'histoire du silicium cristallin cSi et de sa forme oxydée (silice aSiO2) est intimement liée au développement des transistors depuis les années 1960. La miniaturisation de ces composants au fil du temps, permettant d'améliorer la puissance des ordinateurs avec une régularité proche de celle prédite par la loi de Moore, nécessite aujourd'hui une compréhension de la physique de ces systèmes à l'échelle nanométrique. Face aux coûts nécessaires pour réaliser des expériences à de si petites échelles, la simulation numérique – et plus particulièrement la dynamique moléculaire (MD) est un outil de premier choix. Nous appliquons ainsi, dans ce mémoire de thèse, la MD classique au cas des transistors silicium-sur-isolant (SOI), afin de déterminer la résistance thermique de l'interface cSi-aSiO2, qui peut se révéler être un facteur limitatif de la dissipation thermique dans les transistors ultrafins. Après avoir exposé le principe de la MD classique (chapitre 1) et présenté des pistes pour optimiser la recherche des voisins (chapitre 2), nous proposons dans le chapitre 3 les étapes que nous avons suivies pour former nos systèmes silicium-silice, ainsi qu'une manière de caractériser l'interface pour de tels systèmes. Enfin, dans le chapitre 4, nous développons une méthode – l'approach-to-equilibrium molecular dynamics (AEMD) –, qui nous permet d'obtenir une valeur de la résistance pour l'interface cSi-aSiO2 estimée à 3,6.10-10 m2.K.W-1Since the 60s, the history of crystalline silicon cSi and its oxyde (silica, aSiO2) is driven by the emergence of the new transistors. The miniaturization of these technologies, which enabled an increase in computers performances closely related to the Moore law, implies nowadays a nanometric scale comprehension of the physics in these systems. Because of the important costs of nanoscale experiments, numerical simulations and especially molecular dynamics (MD) are often used as a first-choice tool to investigate this kind of problems. In this thesis, we also apply classical MD to the case of silicon-on-insulator (SOI) transistors in order to determine the Kapitza resistance of a cSi-aSiO2 interface, which could be a source of slowdown for the thermal dissipation in ultra thin body and box (UTB²) transistors. We first expose the principle of classical MD (chapter 1) and show some ideas to optimize the neighbour search algorithms (chapter 2). In chapter 3 we explain the steps to form our silicon-silica systems and propose a way to characterize the interface. Finally, in chapter 4 we develop a method – called approach-to-equilibrium molecular dynamics (AEMD) – which allows us to estimate the value of the interfacial resistance interface to be 3.6*10-10 m2.K.W-1
41
Courbon, Cédric. "Vers une modélisation physique de la coupe des aciers spéciaux : intégration du comportement métallurgique et des phénomènes tribologiques et thermiques aux interfaces." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00713527.
Abstract:
De nos jours, le contexte de mondialisation des marchés impose aux industriels des contraintes économiques sans précédent. Afin de rester concurrentiels, ils n'ont d'autre choix que de modifier leur façon de concevoir et d'innover. Les techniques de production sont directement concernées avec par exemple une volonté de réduire les cycles de mise au point visant à définir les paramètres optimaux de mise en forme. On constate alors l'immersion d'un besoin fort en moyens de support, flexibles et prédictifs, permettant de limiter les campagnes d'essais et de faciliter leur exploitation. La simulation numérique se présente comme un outil pouvant répondre à ces critères. Ce travail s'est inscrit dans une démarche d'amélioration de la modélisation et de la simulation des opérations d'usinage, et à une échelle plus locale, de la modélisation de la coupe des métaux. Il aborde donc un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir mécanique, thermique, tribologie et métallurgie dans des conditions extrêmes. Une première partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes de coupe mis en jeu en usinage d'un C45 normalisé et d'un 42CrMo4 trempé revenu. Elle a notamment permis de mettre en évidence, dans les zones de déformation intense, des affinements de grain conséquents, produits par l'activation d'un processus de recristallisation dynamique (DRX). L'inspection des zones de contact outil-matière a également montré les fortes hétérogénéités de contact existantes à l'interface outil-copeau et révélant la formation d'une résistance thermique de contact. Une étude rhéologique des deux nuances s'est appuyée sur des essais de compression dynamique. Menée à haute déformation, elle a permis de reproduire les évolutions microstructurales observées en coupe et d'appréhender leur influence sur la limite d'écoulement des matériaux. Deux modèles de comportement "à base métallurgique" ont été identifiés, présentant une retranscription plus fidèle que les modèles phénoménologiques standards. Des essais tribologiques dédiés ont permis d'extraire des modèles de contact capables de reproduire les phénomènes locaux existants à l'interface outil-matière. L'accent s'est principalement porté sur la thermique de contact au travers de lois de partage variables intégrant la notion de résistance thermique. L'intégralité de ces modèles a enfin été implémentée dans le code de calcul Abaqus© grâce à des développements spécifiques. Une stratégie de modélisation a été mise en place autour d'un modèle de coupe 2D afin de restituer les tendances majeures observées lors de la coupe d'aciers spéciaux. L'association de modèles 2D et 3D à copeau continu, de modèles à copeau segmenté ainsi que de simulations thermiques découplées présente un fort potentiel permettant, à terme, de modéliser une opération d'usinage dans sa globalité.
42
Lin, Qinglong. "Etude, modélisation dynamique et développement d'un capteur solaire thermique à concentration de nouvelle génération." Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10099.
Abstract:
Ce travail a pour objet de développer une nouvelle technologie de l’énergie solaire à concentration. Il porte sur la présentation du concept, la réalisation prototypique et l’étude optique et énergétique d’un nouveau concentrateur solaire QingSun™. Ce concentrateur a une forme de parallélépipède rectangulaire et comporte des lentilles de Fresnel linéaires, des parois tapissées de miroir et d’un récepteur solaire mobile entraîné par un système de suivi à l’intérieur du caisson de concentration. Un modèle optique et un modèle énergétique ont été élaborés et validés avec une série d’expériences. Ils ont permis d’étudier le fonctionnement et les performances énergétiques du concentrateur. Une étude de l’influence paramétrique de l’inclinaison et l’orientation a été effectuée et a montré que l’inclinaison a plus d’influence que l’orientation sur les performances. Enfin, les performances énergétiques optimales du concentrateur ont été estiméesThis work is for the purpose to develop a new solar concentrating technology. It covers the presentation of the concept, the prototype realization and the optical and energy study of a new solar concentrator QingSun™. This concentrator has a shape of rectangular parallelepiped and includes linear Fresnel lenses, mirror-lined walls and a mobile solar receptor controlled by a tracking system inside the casing. An optical model and an energy model were developed and validated with a series of experiments. The both models permitted us to examine the function and the energy performance of the concentrator. A parametric study of the influence of the tilt and the orientation was performed and showed that the tilt had more influence than the orientation. Finally, the optimal energy performance of this concentrator was estimated
43
Elia, Marc. "Etude de la stabilité thermique dans les réacteurs chimiques." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4707/document.
Abstract:
La sécurité des procédés est une préoccupation majeure dans l'industrie du raffinage et de pétrochimie. Pour les procédés très exothermiques, l'emballement thermique doit être évité. Ainsi, l'objectif de la thèse est la mise en place d'une méthodologie d'étude de la stabilité thermique dans les réacteurs chimiques qui permet de déterminer les zones opératoires de fonctionnement stable du réacteur. Après le développement d'un modèle dynamique de réacteur, la méthodologie consiste à cartographier les zones de stabilité et d'instabilité du système réactionnel en régime stationnaire et dynamique. Le critère de Van Heerden (régime stationnaire) à été généralisé pour application à des systèmes réactionnels complexes. La méthode de perturbation des états stationnaires (régime dynamique) a aussi été intégrée à la méthodologie avec l'analyse des valeurs propres.Cette méthodologie a été appliquée au procédé d'hydroconversion en lit bouillonnant de charges pétrolières lourdes, ceci à l'échelle pilote et industrielle. Des modèles dynamiques adaptés au procédé pilote et industriel ont été développés. Ils tiennent en compte la complexité de la charge ainsi que le schéma des deux procédés. L'étude de la stabilité stationnaire et dynamique a été réalisée. Des cartographies de stabilité/instabilité en fonction des principaux paramètres du procédé ont été tracées. D'après les résultats obtenus, la plage stable pour réacteur pilote est plus large que pour le réacteur industriel. La variation des paramètres du procédé ont le même effet sur les deux réacteurs. Les cartographies de stabilité obtenues sont un outil indispensable pour l'ingénieur lors du design des procédés ou leur opérationIn refining and petrochemistry process safety is a major issue. For highly exothermic processes it is necessary to ensure in a rigorous way the safe that the process operates in safe conditions, hence avoiding thermal runaway. The objective of this thesis was to develop a methodology to determine the operating conditions of reliable operation of chemical reactors. The methodology relies on stationary and dynamic analysis. The stationary stability analysis based on the Van Heerden criterion was generalized to complex chemical systems. The dynamic analysis applies the perturbation theory to definitely determine if a stationary point is stable according to eigenvalue analysis.The methodology was applied to ebullated-bed technology for residue hydroconversion at pilot and industrial scale. Two comprehensive dynamic models that accurately represent the ebullated-bed pilot plant and industrial process were developed for the study. The models take into account a detailed description of the reactive system and the configuration of the pilot and industrial plants: three phases, kinetics and flow characterization. A stationary and dynamic thermal stability analysis was carried out for both configurations and stable/unstable operating regions were identified. The study showed that the pilot plant reactor can operate in a larger domain of operating conditions compared to the industrial reactor while the parameters have the same effect on both reactors. The resulting reactor operation diagrams are a essential guide for engineers in the reactor design and operation practice
44
Kassem, Wassim. "Direct molecular dynamics simulation of piezoelectric and piezothermal couplings in crystals." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2015. http://www.theses.fr/2015ECAP0043/document.
Abstract:
La thèse est axée sur l'examen de l'effet de la contrainte sur la conductivité thermique des matériaux piézoélectriques. Les matériaux piézoélectriques sont des cristaux qui présentent une déformation mécanique lors de l'application d'un champ électrique. Des exemples de tels systèmes sont ZnO, AlN, et SiO2. En utilisant des simulations de dynamique moléculaire, nous avons calculé la conductivité thermique de cristaux de ZnO et AlN sous contrainte. Nous avons aussi calculé la résistance thermique des interfaces SiO/C et ZnO/C soumis à un champ électrique.Nous commençons par le calcul des propriétés piézoélectriques et élastiques de ZnO. Celles-ci serviront à valider les potentiels interatomiques utilisés, et à montrer l'ampleur de la contrainte qu’il est possible d'appliquer. En utilisant la dynamique moléculaire d'équilibre, nous avons estimé le coefficient élastique c33 de ZnO, qui se trouve être en accord avec les valeurs expérimentales. Il a aussi été déterminé que la limite élastique d'un cristal de ZnO est de 6 GPa, ce qui correspond à une déformation de 6%. Nous avons ensuite établi les coefficients piézoélectriques de ZnO en utilisant la dynamique moléculaire de non-équilibre, et il a été constaté que les coefficients piézoélectriques dij sont en accord avec les valeurs de la littérature.Deuxièmement, nous avons examiné l'effet de la pression sur la conductivité thermique intrinsèque de ZnO et d’AlN. La dynamique moléculaire de non-équilibre inverse a été mise en œuvre pour calculer la conductivité parce que les coûts de calcul sont nettement inférieurs à ceux de la méthode d'équilibre, d’autant plus pour ZnO dont le potentiel inter-atomique contient les interactions Coulombiennes. L'effet de taille sur la conductivité thermique de ZnO et AlN a ensuite été étudié. Nous avons montré que la formule de Schelling peut en effet être mise en œuvre pour les deux cristaux pour différentes valeurs de la contrainte. La conductivité thermique pour un cristal de ZnO de taille infinie est extraite de la formule de Schelling, et elle se révèle être de 410 W/mK. La conductivité thermique de cristaux de ZnO sous contrainte a ensuite été analysée. Nous avons montré que, après correction de l'effet de taille, la conductivité thermique suit une dépendance en loi de puissance à la contrainte uniaxiale. De plus, la conductivité thermique de ZnO est affectée par un champ statique externe en raison de la contrainte induite. La conductivité thermique d'AlN est estimée à 3000 W/mK, l'effet de la contrainte ne modifie pas cette valeur du fait du potentiel inter-atomique utlisé. Par conséquent, AlN n’est pas un matériau pertinent pour faire office de switch thermique.Troisièmement, nous avons exploré l'effet d’un déplacement piézoélectrique sur la conductance thermique d’interface de Si2O/graphène et ZnO/graphène. Utilisant la dynamique moléculaire d’équilibre, la conductivité thermique d'un super-réseau dont la période est composée de silice et de graphène polyfeuillet. Le super-réseau a été évalué pour différentes valeurs du champ électrique externe. Nous avons constaté que l'application d'un champ électrique de 20 MV/m positif parallèle à la direction hors-plan du super-réseau conduit à la réduction de la conductivité thermique d'un facteur deux. D'autre part, aucun changement dans la conductance thermique n’est noté pour le super-réseau ZnO/graphène. Cette différence est due aux différences de déformations induites au niveau des interfaces dans le super-réseau. L'effet est recréé dans un super-réseau Si/Ge en appliquant une déformation pour former les interfaces. Cette approche crée une déformation non uniforme qui est susceptible de diffuser les phononsThe thesis is focused on investigating the effect of strain on the thermal conductivity of piezoelectric materials. Piezoelectric materials are crystals which display a mechanical deformation upon application of an electric field. Examples of such material are ZnO, AlN, and SiO2. Using Molecular Dynamics simulations, we calculate the thermal conductivity of unstrained and strained ZnO and AlN crystals. We also calculate the thermal resistance of SiO/graphene interfaces under strain.We calculate the piezoelectric and elastic properties of ZnO. These will serve as confirmation of the correctness of the inter-atomic potential used, and will serve to show the magnitude of strain that is possible to apply. Using non-equilibrium molecular dynamics, we determine the elastic coefficient of ZnO c33, and we see that it agrees with experimental values. We also determine that the elastic limit of a perfect ZnO crystal is 6 GPa which corresponds to a 6% strain. We also determine the piezoelectric coefficient of ZnO using NEMD, and we find that the piezoelectric coefficient d33 also agrees with literature values.Second, we look at the effect of strain on the intrinsic thermal conductivity of ZnO and AlN. We use reverse non-equilibrium molecular dynamics to calculate the conductivity because the computational costs are significantly lower than those for the equilibrium method; especially for ZnO whose inter-atomic potential contains Coulomb interaction. We also study the size-effect on the thermal conductivity of ZnO and AlN. We show that the Schelling formula can indeed be implemented to both crystals for different values of strain. The infinite length thermal conductivity for ZnO is extracted from the formula, and it is found to be 410 W/mK. We then calculate the thermal conductivity of strained ZnO crystals. We show that after correcting for the size effect the thermal conductivity follows power-law dependence to uniaxial strain. Also, we demonstrate that the thermal conductivity of ZnO can be affected by a static external field due to the induced strain. The infinite length thermal conductivity of AlN is found to be 3000 W/mK. We show that for the case of AlN the effect of strain does not affect the thermal conductivity due to the different inter-atomic bonding. Hence, AlN might not be a useful material for piezothermal application.Third, we explore the effect of piezoelectric strain on the thermal conductance of SiO2/graphene and ZnO/graphene superlattices. Using EMD we calculate the thermal conductivity of a superlattice composed of silica and graphene monolayers. The thermal conductance of the superlattice was evaluated under different values of external electric field. We find that applying a positive electric field parallel to the Z-direction leads to reduction of the thermal conductance by a factor of 2 for an electric field of 20 MV/m. On the other hand, no change in the thermal conductance is noted for ZnO/graphene superlattice. The effect is due to the non-uniform strain induced at the superlattice junctions. The effect is recreated in Si/Ge superlattice by mechanically applying a non-uniform strain at the interface. This approach might be responsible for the scattering of phonons
45
Tchekiken, Chahinez. "Modélisation et simulations numériques d’écoulements compressibles dans des micro-conduites planes." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1109/document.
Abstract:
En raison du développement croissant des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), l'étude des écoulements de liquide ou de gaz et des transferts thermiques dans des conduites, chauffées ou non, dont le diamètre hydraulique est de l'ordre de quelques microns, a suscité un nombre considérable de travaux au cours des vingt dernières années. À cette échelle, le nombre de Knudsen peut être important (Kn>0,01), ce qui donne naissance à des phénomènes de glissement, de saut de température et de pompage thermique qui s'ajoutent aux effets de compressibilité, telles que la puissance due aux forces de pression et à la puissance des contraintes visqueuses et aux variations des propriétés du fluide avec la température. Dans les modélisations de la littérature, ces phénomènes sont rarement pris en compte simultanément et sont souvent partiellement négligés, sans justification. Notre démarche consiste à proposer une modélisation des micro-écoulements gazeux se rapprochant au mieux de la réalité en prenant en compte tous les phénomènes et à étudier les effets de chacun d'entre eux. L'étude est, en premier lieu, menée en utilisant un code commercial, résolvant les équations de conservation par la méthode des volumes finis et adapté par le biais de sous-programmes développés au cours de cette thèse. Des validations ont été effectuées pour des problèmes allant des plus simples (incompressibles, non glissants) aux plus complexes (compressibles, glissants). Cette étude a permis de mettre en évidence les problèmes liés à la modélisation quand les nombres de Péclet des écoulements sont inférieurs à l'unité (Pe < 1). Dans ce cas, les effets de diffusion inverse sont dominants et l'utilisation d'extensions à l'amont de la conduite devient incontournable. Les effets de compressibilité qui se traduisent par des détentes du gaz près de la sortie de la conduite (accélération + refroidissement) ont été analysés. Enfin, des comparaisons ont été effectuées avec des solutions analytiques d'écoulements compressibles et glissants, supposés isothermes en imposant de faibles variations de pression. Nous avons pu montrer que ces solutions restent valables, même lorsque les variations de pression sont importantes parce que les détentes ne sont localisées que près de la sortie de la conduite et n'influencent donc pas les propriétés globales de l'écoulement. La suite du travail a été réalisée à l'aide d'un code de calcul développé au laboratoire et validé pour les écoulements à grandes échelles. Des conditions aux limites de glissement ont été introduites afin de l'adapter à la problématique de ce travail de thèse. Compte-tenu de ses performances (précision et rapidité des calculs en particulier), ce code a permis de réaliser une étude paramétrique sur une large gamme de pressions d'entrée et de sortie, de telle sorte à balayer tous les types d'écoulements : de peu à très compressibles et de peu à très glissants. Les résultats sont d'abord présentés pour des écoulements quasi-isothermes puis comparés aux solutions analytiques afin de tester ces dernières sur une plus large gamme de pression. Enfin, de nouveaux résultats ont été obtenus pour des écoulements chauffés. Des corrélations, en fonction des paramètres adimensionnels caractéristiques de ces écoulements, ont été obtenues pour les modèles complets à l'aide d'un logiciel de statistiques et de plans d'expériences. Des comparaisons à des modèles simplifiés ont été effectuées pour évaluer les erreurs commises lorsque certains termes sont négligésThese phenomena are rarely taken into account all at once, at least one of them is neglected and often without justification. Our approach is to get as close as possible to reality by taking into account all the phenomena that appear at once and then to study the effect of the phenomena most often overlooked. First, the study is conducted using a commercial code for solving the conservation equations by the finite volume method. Validations were performed for problems ranging from the simplest (incompressible, non-slip flow) to the more complex (compressible, slip flow). This study highlighted the problems associated with simulations when the flows Peclet numbers are less than unity (Pe <1). In this case, the inverse diffusion effects are dominant and the use of extensions at the upstream becomes unavoidable. In addition, compressibility effects were identified; they have resulted in expansions of the gas near the exit of the pipe (acceleration + cooling). Finally, comparisons were made with analytical solutions of compressible slip flows assumed isothermal by imposing small variations of pressure. We showed that these solutions remain valid even if the pressure variations are important because the detents are located only near the exit of the pipe. In this case, they do not affect the properties of the flow. Further works were carried out using an in-house computer code, previously developed and validated in the laboratory for flows with large scales and for which slipping limits conditions have been added so that it can properly resolve slip flows. In view of its accuracy and performances in terms of CPU-time, the code allowed us to achieve a parametric study on a wide range of input and output pressures, so as to sweep all runoff from few to very compressible and few to very slip flow. The results were first presented for quasi-isothermal flow, which subsequently were compared to analytical solutions to test these ones on a wider range of pressure. Finally, the results were made for heated flows. Correlations have been obtained for a complete model using a statistical based software and design of experiments. Comparisons to simplified models were performed to assess the inaccuracies linked to the omission of terms often overlooked in the literature
46
Davier, Brice. "Theoretical study of thermoelectric properties in nanostructures." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS529/document.
Abstract:
Les générateurs thermoélectriques convertissent directement l'énergie thermique en énergie électrique. Ils pourraient devenir de plus en plus utiles à des fins de récupération d'énergie et font l'objet de recherches actives. Cependant, les meilleurs matériaux thermoélectriques sont rares et polluants.Le Silicium et le Germanium seraient des matériaux intéressants si leur efficacité thermoélectrique était améliorée. Pour ce faire, la nanostructuration est une voie possible, par exemple en introduisant des faces rugueuses ou de nouvelles interfaces semi-transparentes.Récemment, des nanofils polyphasés (composés d'une alternance de phases cubiques et hexagonales de Si et Ge) ont été fabriqués, mais la caractérisation expérimentale de nanostructures aussi complexes comprenant des matériaux exotiques peut être difficile. Dans cette thèse, nous étudions en détail le transport thermique dans des nanostructures avec des simulations numériques. Une méthode Monte Carlo originale a été développée, avec une description "full band" des matériaux. Elle inclut des modèles pour les faces rugueuses et les interfaces entre matériaux. Des simulations de Dynamique Moléculaire sont également effectuées pour caractériser les propriétés des interfaces.Nous confirmons que les phases hexagonales de Si et Ge ont une conductivité thermique inférieure à celle des phases cubiques correspondantes. Le modèle "full band" montre que le flux thermique est fortement anisotrope. Des modèles semi-analytiques habituels n'ont pas pu reproduire la conductivité thermique des nanostructures simulées avec des faces rugueuses.De plus, ces faces ont tendance à concentrer le flux de chaleur dans la direction principale de la nanostructure. Enfin, certaines interfaces polyphasées peuvent avoir une conductance thermique presque aussi faible que les interfaces Si/Ge, et pourrait ainsi améliorer significativement l'efficacité thermoélectrique des nanofils polyphasés. La méthode Monte Carlo présentée peut facilement être utilisée pour étudier une large gamme de matériaux, et elle est capable de modéliser des nanostructures arbitrairement complexes. A l'avenir, les simulations en Dynamique Moléculaire seront utilisées pour paramétrer un modèle plus réaliste d'interfacesThermoelectric generators are able to directly convert heat into electrical energy. They could have a great potential in terms of energy harvesting, but unfortunately, the best thermoelectric materials are rare and pollutant.Silicon and Germanium would be attractive materials if their thermoelectric efficiency were improved. For this purpose, nanostructuring is a possible route, for instance via the introduction of rough boundaries or interfaces between materials.Recently, polytype nanowires (composed of a sequence of cubic and hexagonal phases of Si and Ge) have been fabricated, but the experimental characterization of such complex nanostructures with exotic materials is challenging.In this thesis, we study the details of thermal transport in nanostructures with numerical simulations. An original Monte Carlo method is developed, with a full band emph{ab initio} description of materials. It includes models for the rough boundaries and the solid-solid interfaces. Molecular Dynamics simulations are also performed to characterize the properties of interfaces.We confirm that the hexagonal phases of Si and Ge have lower thermal conductivity than their cubic counterparts. The full band model shows a strong anisotropy in the heat flux.Usual semi-analytical models failed to reproduce the thermal conductivity of simulated nanostructures with rough boundaries. Besides, those boundaries tend to focus the heat flux in the main direction of the nanostructure. Finally, some polytype interfaces can have an interfacial conductance almost as low as Si/Ge interfaces, and thus could improve significantly the thermoelectric efficiency of polytype nanowires. The presented Monte Carlo method could easily be used with a wide range of materials,and it can model arbitrarily complex nanostructures. In the future, the results from Molecular Dynamics simulation will be used to parametrize a more realistic model of solid-solid interfaces
47
Ngono, Mebenga Frédéric. "Investigations from experiments and simulations of amorphous forms of lactulose obtained by different routes." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10213.
Abstract:
Dans cette thèse, nous avons étudié l'influence de la voie d'amorphisation sur les propriétés physiques et chimiques du lactulose. Ce sucre présente la caractéristique de pouvoir exister sous plusieurs formes tautomériques différentes. Quatre voies d'amorphisation très différentes dans leur principe ont été étudiées: la trempe du liquide, la lyophilisation, l'atomisation et le broyage mécanique. Les résultats indiquent que la voie d'amorphisation utilisée a une répercussion directe sur la composition tautomérique du matériau. L'influence de cette composition sur la transition vitreuse du matériau amorphe a été étudiée en détail. De plus les différences structurales potentielles engendrés par les différentes voies d'amorphisation ont été étudiées à la fois par diffusion neutronique et par simulation (dynamique moléculaire). Les résultats indiquent l'existence d'une structure locale ordonnée particulière dans l’amorphe obtenu par atomisation qui semble pouvoir expliquer le degré de stabilité plus élevé de l'amorphe obtenu par cette voie. Par ailleurs, la cinétique d'amorphisation induite directement à l'état solide par d'un broyage mécanique à haute énergie a pu être caractérisée en détail. Cela a nécessité l'utilisation d'une méthode originale de calorimétrie de dissolution isothermeIn this thesis, we have investigated the influence of the amorphisation route on the physical and chemical properties of lactulose. This sugar has the characteristic of being able to exist in several different tautomeric forms. Four amorphisation routes very different in their principle have been studied: quenching from the melt, freeze-drying, spray-drying and mechanical milling. The results indicate that the amorphisation route used has a direct effect on the tautomeric composition of the material. The influence of this composition on the glass transition of the amorphous material has been studied in detail. Moreover, the eventual structural differences generated by the various amorphisation routes have been studied both by neutron scattering and by simulation (molecular dynamics). The results indicate the existence of a particular locally ordered structure in the amorphous material obtained by spray-drying which seems to be able to explain the higher degree of stability of the amorphous material obtained by this route. Furthermore, the amorphisation kinetic induced directly in the solid state by a high energy mechanical milling has been characterised in detail. This has required the use of an original method of isothermal calorimetry of dissolution
48
Seck, Cheikh. "Analyse et modélisation du comportement thermique d'un système de préchauffage d'air neuf pour l'habitat, intégrant un matériau à changement de phase." Thesis, Artois, 2010. http://www.theses.fr/2010ARTO0204.
Abstract:
L'objectif de cette thèse est d'étudier un système énergétique intégré dans l'enveloppe des bâtiments permettant de préchauffer l'air neuf.L'originalité du travail repose sur le fait que ce mur est équipé de matériau à changement de phase (MCP).Celui-ci a pour rôle de stocker l'énergie solaire captée en façade puis de la déstocker en préchauffant l'air neuf de ventilation. Notre étude est constituée de deux grandes phases, une phase expérimentale et une phase numérique.La phase expérimentale consiste à effectuer des essais en laboratoire, afin de connaître le comportement du système étudié sous sollicitations thermiques. Ces essais ont été réalisés grâce à un prototype du mur, instrumenté et installé entre deux cellules avec des conditions climatiques contrôlées.Le but de la phase numérique est de mettre en place un modèle ID permettant de simuler le comportement thermique du mur et en particulier celui du MCP. Ce modèle a été validé en comparant les résultats numériques avec ceux obtenus expérimentalement.Pour modéliser le changement de phase nous avons utilisé les paramètres thermophysiques du matériau obtenu par caractérisation expérimentale réalisée dans notre laboratoire. Nous avons ensuite utilisé la méthode de la capacité variable pour simuler le comportement de la paroi stockeuse du mur. Dans la dernière partie du travail numérique le modèle a été utilisé afin de montrer l'influence de quelques paramètres permettant d'optimiser les gains énergétiques.La simulation dynamique du système a été effectuée grâce au logiciel TRNsys, qui nous a permis d'effectuer des bilans énergétiques et d'estimer l'efficacité du système pour des climats variésThe objective of this thesis is to study an integrated energy system in the building envelope for fresh air preheating. The originality of the work is that the wall is equipped with phase-change material (MCP) packed into briquettes. The main role ofthe wall is to preheat the fresh air (coming from outside) by destocking the solar energy captured in sunny periods.Our study consists of two phases, an experimental phase and a numerical one. The experimental phase involves a series of tests that allow studying the thermal behaviour of the system under thermal stress. These tests were done in laboratory through a prototype of the wall which is instrumented and installed between two airconditioned cells.The purpose of the numerical phase is to develop a one-dimensional model to simulate the thermal behaviour of the wall and especially that of MCP. This model has been validated by comparing numerical results with those obtained experimentally. To model the phase changing we used the thermophysical parameters of the same material obtained by experimental characterization conducted in our laboratory.We used a variable capacity method whose principle is to vary the heat capacity as a function of temperature in order to simulate the phase changing of the wall. The last part of the numerical work is the exploitation of the model, the aim is to determine the optimal configuration of the wall that provides maximum energy savings. Dynamic simulation of the system was performed using the TRNSYS. This one is equipped with weather files which allow carrying out heat balances and the estimation of the system efficiency for various climates
49
Zuñiga, Ulloa Ruben. "Études numérique et expérimentale des transferts couplés masse-chaleur modélisation, simulation et optimisation d'un traitement thermique dynamique de surface d'un produit alimentaire." Nantes, 2005. http://www.theses.fr/2005NANT2039.
Abstract:
Ce travail concerne le procédé de décontamination de la surface des produits alimentaires par convection avec de l'air chaud. Ce procédé a pour but de détruire la majeure partie des organismes pathogènes à la surface des aliments. Si ce traitement thermique trouve un regain d'intérêt, il n'en demeure pas moins nécessaire de parfaitement maîtriser l'évolution de la température de surface au cours du procédé. Dans cet objectif, nous avons développé un modèle de transferts couplés de matière et de chaleur. Ce modèle prend en compte les mécanismes de convection, de diffusion, d'évaporation et de rétractation du produit au cours du traitement. La variation des propriétés thermophysiques avec la teneur en eau a été considérée. Après détermination expérimentale du coefficient d'échange convectif, nous avons validé ce modèle en le confrontant à des expérimentations menées dans une chambre de traitement spécifique. L'exploitation de ce modèle nous a conduit à mettre en évidence l'influence considérable de la diffusivité de l'eau au sein du produit. Nous avons optimisé par méthodes inverses cette propriété et montré son évolution en fonction de l'échange convectif. Enfin, ce modèle a servi de référence pour construire un algorithme de commande permettant de suivre une trajectoire imposée pour la température de surface. Cette loi de commande nécessitant la connaissance d'une température interne, nous avons élaboré un capteur logicielThis work concerns the decontamination of the surface of a food, consisting in blowing hot air onto the food surface with the objective of inactivating the bacteria located on the surface. This process has a renewal of interest but it is still a challenge to accurately control the evolution of the surface temperature. In this aim, a coupled heat and mass transfer model has been developed taking into account convective and diffusive mechanisms, evaporation and shrinkage of the product during the treatment. It also accommodates the dependence of the thermal properties with the moisture content. A specific heat treatment chamber was used to validate the model. Some parameters of the model were taken from the literature whereas the convective heat transfer coefficient was experimentally determined. From simulations, we highlighted the great influence of the water diffusivity on the surface temperature prediction. Reverse methods were then used to optimize this parameter and we pointed out its correlation with the convective heat transfer. Finally, this model was used as a simulator to design a control law allowing surface temperature tracking. This algorithm required the knowledge of an internal temperature, which was supplied by a software sensor
50
Rivalin, Lisa. "Vers une démarche de garantie des consommations énergétiques dans les bâtiments neufs : Méthodes d'évaluation des incertitudes associées à la simulation thermique dynamique dans le processus de conception et de réalisation." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM007/document.
Abstract:
La garantie de performance énergétique des bâtiments neufs demande d'estimer, avant construction, l'énergie requise pour assurer le confort de ses utilisateurs. Pour cela, il est nécessaire de définir une consommation contractuelle raisonnablement probable et d'identifier les paramètres clés responsables d'un éventuel dépassement afin de les maitriser. Dans les bâtiments neufs, ce calcul est effectué en phase de conception, alors que beaucoup de données sont encore incertaines. Ainsi, la simulation thermique dynamique doit être effectuée avec des données de conception hypothétiques, sans possibilité de calibration sur des mesures.La thèse a pour but de développer une méthode de quantification des incertitudes lors de la conception et la réalisation d'un bâtiment neuf. Ces incertitudes sont classées en trois catégories : celles liées au modèle physique du bâtiment, celles provenant du manque de connaissance des paramètres à renseigner et celles dues aux sollicitations du bâtiment (usage et météo).Dans une première partie, les incertitudes liées aux méthodes de calcul sont abordées, afin de définir des pratiques permettant d'arbitrer entre finesse de modèle et paramètres inconnus à entrer. Puis, on définit une méthodologie permettant de choisir les paramètres incertains critiques qui seront inclus dans l'étude probabiliste et de leur associer une densité de probabilité, selon la connaissance dont on dispose. La partie centrale de la thèse est consacrée à une comparaison exhaustive des méthodes visant la sélection d'une méthode rapide de propagation des incertitudes et d'analyse de sensibilité. Enfin, après avoir illustré la démarche globale d'engagement et discuté de la prise en compte des risques financiers, la méthode est mise en œuvre sur un cas réel, en ajoutant une formule d'ajustement pour prendre en compte les sollicitationsBefore the construction of a building, an energy performance guarantee consists in predicting the energy required for user comfort. To do that, it is necessary to state a contractual consumption and identify the key parameters to pay special attention to. Thus, for new buildings, consumption is calculated under design phase, when several data are uncertain. Thus, the dynamic thermal simulation is carried out with hypothetical data, without having the possibility to calibrate with measures.This PhD thesis aims to develop a method of uncertainty quantification during the design step and construction process of a new building. These uncertainties are classified into three categories: those associated with the calculation methods used for building and system modeling, those related to the lack of knowledge of model parameters and those due to the real use conditions of the building (occupancy and weather).To achieve this goal, uncertainties associated with the calculation methods are addressed, to identify some practices limiting the number of errors and the associated uncertainties. Then, a methodology is defined to choose the critical parameters used for the probabilistic study and to associate them with a distribution according to the available knowledge. The central part of this PhD thesis is dedicated to an exhaustive comparison of methods to select a fast uncertainty propagation and sensitivity analysis method. Finally, after illustrating the overall contracting approach and discussing the inclusion of financial risks, the method is applied on a real case, on which an adjustment formula is added to take into account actual weather and usage