Tesi: "Imagerie de la cavitation"

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Gateau, Jérôme. "Imagerie ultrasonore ultrarapide d'évènements de cavitation : application en thérapie par ultrasons et imagerie de détection". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00863591.

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Abstract (sommario):

L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque évènement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les évènements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo.

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Gâteau, Jérôme. "Imagerie ultrasonore ultrarapide d'événements de cavitation : application en thérapie par ultrasons et imagerie de détection". Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077013.

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Abstract (sommario):

L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque événement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les événements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo
The onset of cavitation activity in an aqueous medium is linked to the formation of gas/vapour-filled cavities of micrometric size. This formation can be acoustically mediated and is then called acoustic bubble nucleation. We focus here in the activation of seed nucléi by short (a few cycles) and high amplitude ultrasonic excitation (order of magnitude MPa). Bubbles are generated during the rarefaction phase of the wave and are transient (they dissolve). The nucleation properties of biological tissues are little known. However, they can be assessed using ultrasound: the formation of a bubble results in the appearance of a new scatterer (which can be detected with a pulse-écho detection), and each cavitation event generates an acoustic emission (detected with passive reception). In n this PhD manuscript, we use ultrafast ultrasound imaging (simultaneous acquisition on an array of transducers with a high frame rate) to detect cavitation events. Two in vitro applications were first validated. On one hand, bubble nucleation was performed through a human skull, and transcranial passive detection of a single cavitation event was used in a time reversal process to optimize adaptive focusing for thermal therapy of brain tissue. On the other hand, the formation and dissolution of bubbles in scattering biological tissues (muscle) were detected with a high sensitivity by combining passive detection and ultrafast active imaging. Finally, in vivo experiments on sheep's brain, and others in vitro on animal blood showed that nucleation in biological tissue is a random phenomenon, and high negative pressure are mandatory to initiate nucleation in vivo (< -12MPa)

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Mandroyan, Audrey. "Caractérisation de l'hydrodynamique et de la cavitation dans un réacteur utilisé pour la sonoélectrochimie". Besançon, 2006. http://www.theses.fr/2006BESA2023.

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Abstract (sommario):

De précédentes études ont montré les effets positifs induits par des ultrasons sur des procédés chimiques. Elles mettent en évidence un vaste champ application des ultrasons de puissance à basse fréquence (de 20 à 60 kHz) comme ceux à haute fréquence (de 100 à 1 MHz). Toutefois, les ultrasons et leurs effets sont difficiles à maîtriser, par exemple dans les procédés électrochimiques industriels, car les nombreux phénomènes induits par la propagation de l’onde ultrasonore dans un liquide (cavitation, courants acoustiques…) ne sont pas distribués de manière uniforme au sein du réacteur. Pour optimiser ces procédés appelés sonoélectrochimiques, la connaissance de la répartition de l’énergie acoustique et de la cavitation sont des paramètres essentiels. Dans le but de disposer d’éléments fiables pour la caractérisation des systèmes sonoélectrochimiques, cette thèse s’intéresse aux interactions entre les phénomènes hydrodynamiques, la cavitation et les réactions électrochimiques, ce qui permettra de comprendre les mécanismes et leurs limites. La caractérisation de l’activité ultrasonore a été mise en œuvre par plusieurs méthodes comme la mesure de la puissance transmise par calorimétrie, la dosimétrie de Fricke, la mesure du transfert de matière et la tomographie laser, la PIV (Particule Image Velocimetry) et la chronoampérométrie. Une étude systématique a été réalisée pour toutes ces méthodes. Ainsi il a été possible d’évaluer l’influence de la géométrie du réacteur, du diamètre de la sonde et de la fréquence sur les écoulements hydrodynamiques induits par les ultrasons et sur le phénomène de cavitation à la surface de l’électrode
Previous studies have shown positive effects induced by ultrasound during chemical processes. They allow envisaging a large application field for power ultrasound at low frequencies (from 20 to 60 kHz) as well as at high frequencies (from 100 to 1 MHz). In the particular case of industrial electrochemical processes, ultrasound and their effects are difficult to managed, due to numerous phenomena which are caused by the wave propagation in a liquid and especially the acoustic flows and the cavitation in the liquid bulk and at a solid surface. It's is important to note that the distribution of this activity is not homogeneous within the reactor, leading to difficulty in process control. So, the optimisation of sonoelectrochemistry processes needs a good knowledge of both acoustic flow distribution and cavitation, which are essential parameters. The aim of this PhD thesis was to obtain reliable elements for the sonoelectrochemistry systems characterization. This work takes interest in the study of interactions between the hydrodynamic phenomena, the cavitation and the electrochemical reactions, what will allow understanding the mechanisms and their limits. The ultrasonic activity characterization was implemented by several methods, as the calorimetric power measurements, the Fricke’s dosimetry, the mass transfer measurements, the laser tomography, the PIV and chronoamperometry. A systematic study was carried out for all these methods. Thus it has been possible to estimate the reactor geometry influence, the ultrasound beam diameter influence or the frequency influence on the hydrodynamic flows induced by ultrasound and on the cavitation phenomenon at the surface electrode

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Polichetti, Maxime. "Traitement d’antenne adaptatif pour l’imagerie ultrasonore passive de la cavitation". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1176/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail s'intéresse au suivi spatio-temporel par imagerie ultrasonore de la cavitation acoustique. Celle-ci est un phénomène physique complexe utilisé au cours de certaines techniques de thérapie par ultrasons, correspondant à la formation de bulles de gaz qui oscillent et éclatent. Initialement, la méthode TD-PAM (Time Domain Passive Acoustic Mapping, en anglais), a été développée pour cartographier l’activité de cavitation à partir des signaux acoustiques émis par les bulles, enregistrés passivement par une sonde linéaire d'imagerie ultrasonore. Toutefois, le TD-PAM souffre d’une trop faible résolution et de nombreux artefacts de reconstruction. De plus, il est lourd en temps de calcul car il est formalisé dans le domaine temporel (TD). Pour pallier ces deux limitations, il est proposé d'étudier, de comparer et de développer des méthodes avancées d'imagerie ultrasonore passive. Ce manuscrit s'articule autour de trois contributions principales : Une méthode adaptative originale a été formalisée dans le domaine temporel, reposant sur la compression d'amplitude des signaux ultrasonores par racine pième : le TD-pPAM. Cette approche améliore la résolution et le contraste des cartes de cavitation pour un temps de calcul équivalent au TD-PAM. La notion de matrice de densité inter-spectrale a été introduite pour l'imagerie de la cavitation. Dès lors, quatre méthodes dans le domaine de Fourier (FD) ont été étudiées et comparées : le FD-PAM (non-adaptatif), la méthode Robuste de Capon FD-RCB (adaptatif, par optimisation), le Functional Beamforming FD-FB (adaptatif, par compression non-linéaire) et la méthode MUltiple Signal Classification FD-MUSIC (adaptatif, par projection en sous-espaces). Les performances de ces méthodes FD ont été étudiées expérimentalement in vitro cuve d’eau avec une comparaison par imagerie optique. Les méthodes adaptatives FD proposées ont démontré leur potentiel à améliorer le suivi spatio-temporel des bulles. Le FD-RCB offre une localisation supérieure au FD-PAM mais souffre d'une importante complexité algorithmique. Les performances du FD-FB sont intermédiaires à celles du FD-PAM et du FD-RCB, pour une complexité de calcul équivalente au FD-PAM. Le FD-MUSIC a le potentiel de mettre en évidence de faibles sources acoustiques, mais ne conserve pas leurs quantifications relatives
This work focuses on the spatio-temporal monitoring of acoustic cavitation by ultrasonic imaging. This is a complex physical phenomenon used in some ultrasound therapy techniques, corresponding to the formation of gas bubbles that oscillate and implode. Initially, the TD-PAM (Time Domain Passive Acoustic Mapping) method was developed to map cavitation activity from acoustic signals emitted by bubbles, passively recorded by a linear ultrasonic imaging probe. However, the TD-PAM suffers from too low resolution and many reconstruction artifacts. In addition, it is time-consuming because it is formalized in the time domain (TD). To overcome these two limitations, it is proposed to study, compare and develop advanced methods of passive ultrasound imaging. This manuscript is structured around three main contributions: An original adaptive method has been formalised in the time domain, based on the amplitude compression of ultrasonic signals by root pth: TD-pPAM. This approach improves the resolution and contrast of cavitation maps for a computing time equivalent to the TD-PAM. The notion of cross-spectral density matrix has been introduced for cavitation imaging. Four Fourier domain (FD) methods were therefore studied and compared: FD-PAM (non-adaptive), Capon Robuste FD-RCB (adaptive, by optimization), Functional Beamforming FD-FB (adaptive, by non-linear compression) and MUltiple Signal Classification FD-MUSIC (adaptive, by subspaces projection). The performance of these FD methods was studied experimentally in vitro in water tank with a comparison by optical imaging. The proposed adaptive FD methods have demonstrated their potential to improve the spatial and temporal tracking of bubbles. The FD-RCB offers a superior localization to the FD-PAM but suffers from a high algorithmic complexity. The performance of the FD-FB is intermediate to that of the FD-PAM and the FD-RCB, for a calculation complexity equivalent to the FD-PAM. The FD-MUSIC has the potential to highlight weak acoustic sources, but does not keep their relative quantifications

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Sivadon, Audrey. "Contributions à l’imagerie passive de la cavitation ultrasonore : formation de voies adaptatives en 3D et extension spatiale de nuages de bulles". Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2022. http://www.theses.fr/2022LYO10172.

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Abstract (sommario):

L’imagerie passive s’appuie sur des algorithmes de formation de voie qui nécessitent des sondes de grande ouverture pour offrir de bonnes résolutions axiales ; or, en imagerie passive 3D, les sondes matricielles actuellement commercialisées ne vérifient pas cette contrainte. De plus, ces sondes présentent un grand nombre d’éléments, ce qui rend leur utilisation particulièrement lourde. Ce travail de thèse porte sur l’étude et l’amélioration de l’imagerie passive de la cavitation en s’intéressant à deux aspects en particulier : (i) la mise en œuvre pratique et efficace de l’imagerie passive en 3D, (ii) la problématique de l’imagerie de sources étendues telles que des nuages de cavitation. Nous avons combiné l’application des méthodes sparse (pour réduire le nombre d’éléments actifs de la sonde utilisée) et la transposition du 2D au 3D des algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Ce formalisme utilise l’estimation robuste de la matrice de densité inter-spectrale (CSM) et nous a permis d’implémenter simplement et efficacement différents algorithmes : Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer et Pisarenko. L’efficacité de ces algorithmes en 3D a été testée en termes de largeur à mi-hauteur, de contraste et d’erreur de position, sur une source ponctuelle en simulations et sur une expérience de réflecteur ponctuel. Enfin, pour répondre à la réalité des nuages de cavitation, nous nous sommes intéressés au comportement de ces méthodes de reconstruction dans le cas de sources étendues. Nos simulations en 2D montrent l’évolution des images reconstruites en fonction de caractéristiques du nuage de cavitation. Ce travail apporte une solution concrète de mise en œuvre simple de l’imagerie passive 3D ainsi que des éléments de réponse quant aux attentes sur la localisation et la caractérisation d’un nuage de cavitation
Passive imaging relies on beamforming algorithms that require large aperture probes to provide good axial resolutions; however, in 3D passive imaging, the matrix probes currently marketed do not meet this constraint. Moreover, these probes have a large number of elements, which makes their use particularly unwieldy. This thesis work focuses on the study and improvement of passive cavitation imaging by addressing two aspects in particular: (i) the practical and efficient implementation of 3D passive imaging, (ii) the problem of imaging large sources such as cavitation clouds. We have combined the application of sparse methods (to reduce the number of active elements of the probe used) and the transposition from 2D to 3D of adaptive algorithms in the frequency domain. This formalism uses the robust estimation of the inter-spectral density matrix (CSM) and allowed us to implement simply and efficiently different algorithms: Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer and Pisarenko. The efficiency of these algorithms in 3D has been tested in terms of width to half height, contrast and position error, on a point source in simulations and on a point reflector in experiments. Finally, in order to address the reality of cavitation clouds, we have investigated the behavior of these reconstruction methods in the case of extended sources. Our 2D simulations show the evolution of the reconstructed images as a function of the cavitation cloud characteristics. This work provides a concrete solution for a simple implementation of 3D passive imaging as well as answers to the expectations on the localization and characterization of a cavitation cloud

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Yon, Jérôme. "Jet Diesel haute presssion en champ proche et lointain : Etude par imagerie". Phd thesis, Université de Rouen, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005366.

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Abstract (sommario):

L'étude expérimentale présentée dans ce mémoire a pour but d'améliorer la compréhension des processus d'atomisation du jet Diesel à haute pression d'injection (jusqu'à 100 MPa), en injection directe. En effet, la structure réelle du jet Diesel ainsi que les processus qui conduisent à son atomisation ne sont pas encore réellement connus. La variété des modèles rencontrés dans la littérature témoigne de cet état de fait. Cette méconnaissance résulte de la difficulté à diagnostiquer le jet Diesel, qui est particulièrement dense optiquement et dont les échelles caractéristiques de temps (»1 ms) et d'espace (»100 µm) sont réduites. Dans le cadre de ce travail de thèse, de nouveaux diagnostics basés sur le traitement d'images ont été développés pour analyser les phénomènes se produisant en champ proche (premiers millimètres du jet) et en champ lointain (spray formé au loin de l'injecteur). L'utilisation de différentes configurations tomographiques en imagerie défocalisée, couplées à un dispositif d'imagerie par transmission, permet d'observer, en champ proche, des poches cylindriques de cavitation réparties à proximité de l'interface. Un nouveau modèle de la structure interne du jet Diesel est ainsi proposé. Une analyse entropique reposant sur une série d'images sur lesquelles trois états physiques sont distingués (jet dense, phase liquide dispersée et phase gazeuse) permet la description de l'évolution d'une « surface d'atomisation primaire » le long du jet Diesel. Une analyse morphologique statistique de l'interface du jet permet une description du détachement ligamentaire du jet dense, en fonction du temps et de la pression d'injection. Un granulomètre a également été développé et appliqué à l'analyse du champ lointain. Ce granulomètre prend en compte les phénomènes de défaut de mise au point pour localiser spatialement les gouttes. Il autorise également une caractérisation morphologique des gouttes. L'application de ces diagnostics montre une diminution radiale des diamètres caractéristiques du spray présentant, par ailleurs, une faible dépendance à la pression d'injection et à l'instant de l'analyse, pendant la phase stationnaire de l'injection. En revanche, on observe une variation du comportement morphologique des gouttes dans le temps et avec la pression d'injection.

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Cornu, Corentin. "Caractérisation et régulation des régimes de cavitation ultrasonore pour la sonoporation cellulaire". Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1121.

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Abstract (sommario):

Dans l’objectif de limiter les effets destructeurs de l’implosion de bulles de cavitation ultrasonore, un régime d’oscillations stables de bulles doit potentiellement être visé pour des applications thérapeutiques sensibles comme l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique. Cependant, garantir une activité d’oscillations stables est difficile de par le caractère stochastique de la cavitation ultrasonore, et de la coexistence de bulles oscillantes (cavitation stable) et implosantes (cavitation inertielle) au sein d’un nuage de bulles. Il est donc nécessaire de contrôler spatialement et temporellement le phénomène de cavitation en discriminant les régimes de cavitation stable ou inertielle, au cours de la durée d’un tir ultrasonore, et ce en régime pulsé. Dans une première étude, la dynamique d’un nuage de bulles monodisperses et uniformément réparties dans l’espace met en évidence l’effet de l’interaction entre bulles sur le seuil de cavitation stable : il s’abaisse en pression et la fréquence de résonance des bulles se décale en fonction de la densité de bulle. Il est ainsi montré qu’il existe une densité de bulle optimale pour l’émission de la composante sous-harmonique. Ensuite, une stratégie de contrôle est développée, basée sur une boucle de rétroaction régulant la signature acoustique d’un régime donné de cavitation. L’utilisation de la stratégie d’asservissement permet de discriminer les régimes de cavitation stable et inertielle au cours du temps, mais aussi de garantir une activité de cavitation plus stable temporellement, plus reproductible, et ce pour des énergies acoustiques moyennes délivrées inférieures. Enfin, le processus de contrôle est utilisé expérimentalement pour des applications in-vitro de sonoporation cellulaire. Tout d’abord, une étude de sonoporation en cavitation inertielle régulée met en évidence l’amélioration de la reproductibilité des taux de sonoporation obtenus, et la possibilité de s’affranchir de l’utilisation d’agents de contraste comme agents de nucléation. Ensuite, une étude en cavitation stable régulée met en évidence la possibilité de sonoporer des cellules en limitant les activités de cavitation inertielle, et donc potentiellement en limitant la lyse cellulaire
In the aim of limiting the destructive behavior of collapsing cavitation bubbles, an exclusively stable cavitation state is targeted for sensitive therapeutics applications like blood-brain barrier opening. Ensuring a stable cavitation regime is complex because of (i) the coexistence of stably oscillating bubbles and collapsing bubbles in the same bubble cloud, and (ii) the stochastic behavior of the phenomenon during time. Therefore, it is necessary to control spatially and temporally the cavitation activity, by discriminating the stable from the inertial regime. Firstly, the theoretical study of the dynamics of a monodisperse and homogeneous cloud shows a modification of the stable cavitation threshold as a function of the bubble density: the subharmonics emission threshold is lowered and the resonance frequency is shifted. The study leads also to the expression of a particular microbubbles density leading to optimized subharmonics emission. Secondly, a real-time control strategy based on a feedback loop process on subharmonics emission is designed. The use of this strategy allows discriminating the two cavitation states during time, and ensures a better reproducibility, time-stability and an acoustic energy gain. The control device is used for cells sonoporation in-vitro. In a first study, the sonoporation by inertial cavitation control is performed in a stationary ultrasonic field configuration. This leads to high sonoporation efficiency coupled to the possibility of counterbalancing the use of supplementary nuclei (encapsulated microbubbles). In a second one, the stable cavitation control applied in a focused ultrasound configuration field pinpoints the possibility of sonoporating cells without inertial cavitation, and then to limit cell lysis

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Ceccato, Paul. "Microplasma de cavitation en milieu fluide condensé : application à la purification de l'eau". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005680.

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Abstract (sommario):

Il s'agit de l'étude expérimentale d'un microplasma dans l'eau liquide. Ce type de plasma est rencontré dans les domaines de l'isolation électrique par liquides diélectrique ou la dépollution de l'eau. Les plasmas en milieu liquide sont bien moins connus et maitrisés qu'en milieux gazeux. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes physiques sous jacents à l'initiation et à la propagation de la décharge. Un réacteur pointe/plan a été réalisé et soumis à un pulse de haute tension. L'initiation et la propagation des différents modes de décharge plasma à travers le milieu liquide ont été caractérisés par des diagnostiques électrique et d'imagerie rapide nanoseconde. Un diagnostic d'ombroscopie à deux iCCD a également été réalisé afin d'observer le contenu gazeux non lumineux de la décharge et l'émission d'ondes de choc. Nous avons principalement testé l'influence de la polarité de la tension appliquée ainsi que l'influence de la conductivité de l'eau. Des mesures spectroscopiques ont été réalisées sur la bande d'émission de OH et les lignes de l'hydrogène. En polarité positive, une bulle micrométrique est nucléé à la pointe en quelques microsecondes puis une décharge filamentaire se propage à 3km/s durant typiquement 100ns, suivie par une décharge dix fois plus rapide. A basse conductivité, cette propagation continue est suivie par une propagation par bonds. Le claquage de l'intervalle de liquide est obtenu quand les filaments parviennent à la contre-électrode. La décharge en polarité négative est beaucoup plus lente à 600m/s. Curieusement la conductivité de l'eau n'a aucune influence sur la décharge en polarité positive et inhibe la propagation en polarité négative. Cette étude apporte une meilleure compréhension de la phénoménologie détaillée de la décharge plasma dans l'eau.

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Yon, Jérôme. "Jet diesel haute pression en champ proche et lointain : étude par imagerie". Rouen, 2003. http://www.theses.fr/2003ROUES038.

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Abstract (sommario):

"L'étude expérimentale présentée dans ce mémoire a pour but d'améliorer la compréhension des processus d'atomisation du jet Diesel à haute pression d'injection (jusqu'à 100 MPa), en injection directe. En effet, la structure réelle du jet Diesel ainsi que les processus qui conduisent à son atomisation ne sont pas encore réellement connus. La variété des modèles rencontrés dans la littérature témoigne de cet état de fait. Cette méconnaissance résulte de la difficulté à diagnostiquer le jet Diesel, qui est particulièrement dense optiquement et dont les échelles caractéristiques de temps ("1 ms) et d'espace ("100 æm) sont réduites. Dans le cadre de ce travail de thèse, de nouveaux diagnostics basés sur le traitement d'images ont été développés pour analyser les phénomènes se produisant en champ proche (premiers millimètres du jet) et en champ lointain (spray formé au loin de l'injecteur). L'utilisation de différentes configurations tomographiques en imagerie défocalisée, couplées à un dispositif d'imagerie par transmission, permet d'observer, en champ proche, des poches cylindriques de cavitation réparties à proximité de l'interface. Un nouveau modèle de la structure interne du jet Diesel est ainsi proposé. Une analyse entropique reposant sur une série d'images sur lesquelles trois états physiques sont distingués (jet dense, phase liquide dispersée et phase gazeuse) permet la description de l'évolution d'une " surface d'atomisation primaire " le long du jet Diesel. Une analyse morphologique statistique de l'interface du jet permet une description du détachement ligamentaire du jet dense, en fonction du temps et de la pression d'injection. Un granulomètre a également été développé et appliqué à l'analyse du champ lointain. Ce granulomètre prend en compte les phénomènes de défaut de mise au point pour localiser spatialement les gouttes. Il autorise également une caractérisation morphologique des gouttes. L'application de ces diagnostics montre une diminution radiale des diamètres caractéristiques du spray présentant, par ailleurs, une faible dépendance à la pression d'injection et à l'instant de l'analyse, pendant la phase stationnaire de l'injection. En revanche, on observe une variation du comportement morphologique des gouttes dans le temps et avec la pression d'injection. "
The aim of the experimental study presented in this thesis is to improve the understanding of the atomization processes involved in a high injection pressure Diesel jet (up to 100 MPa, direct injection). The real Diesel jet structure and the processes involved are not yet fully understood. The great variety of models found in the literature confirms this state of affairs. This lack of knowledge is due to the difficulty of analyzing the Diesel jet caused by its optical density and the size of its characteristic scales of time ("1 ms) and space ("100 æm). During the work carried out for this thesis, new diagnostics based on image processing have been developed in order to analyze the phenomena occurring in the nozzle near field (first millimeters of the jet) and in the far field (spray formed at a long distance from the nozzle). Using several tomographic configurations with an unfocused imaging system, coupled with a shadowgraph imaging setup it was possible to observe, in the near field, cylindrical cavitation pockets located near the jet interface and to drawn a new model of the Diesel jet's internal structure. An entropic calculation applied to three-state-pictures (continuous liquid phase, dispersed liquid phase and gaseous phase) allows us to observe the evolution of a surface linked to the primary atomization. The morphological statistical analysis of the continuous liquid phase interface also enables us to describe the ligament detachment of the dense liquid jet as a function of the injection time and pressure

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Ahyi, Ayayi Claude. "Développement dun système d'imagerie ultra-rapide : application aux études de rayonnement et de diffusion acoustique". Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10116.

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Abstract (sommario):

Un système de visualisation ultra-rapide, base sur la technique Cranz-Schardin, a été réalisé. Ce système permet de prendre des séries de 24 images strioscopiques successives espacées par des intervalles de temps réglables individuellement de 100ns a 2s. Les champs visualises peuvent par ailleurs atteindre 50cm de diamètre. Ce système de visualisation a été utilise dans un premier temps pour l'optimisation d'une source acoustique de type mini-étinceleur (émission due a une étincelle électrique) qui a la particularité d'émettre un front d'onde sphérique et de posséder une signature acoustique quasi-diracienne de forte amplitude (1 bar a 50cm). La dynamique de la bulle de cavitation associée a la décharge électrique et son influence sur l'émission acoustique a en particulier été étudiée. Le système de visualisation et la source mini-étinceleur ont été utilises de façon conjointe dans un second temps pour l'étude de réponse impulsionnelle de cibles élastiques immergées (diffusion acoustique). Ainsi ont été abordes le cas des tubes pour lesquels les ondes géométriques, de Franz et de Lamb ont été identifiées, et le cas plus complexe de la cible cylindrosphérique (line).

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Cornu, Corentin. "Caractérisation et régulation des régimes de cavitation ultrasonore pour la sonoporation cellulaire". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1121/document.

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Abstract (sommario):

Dans l’objectif de limiter les effets destructeurs de l’implosion de bulles de cavitation ultrasonore, un régime d’oscillations stables de bulles doit potentiellement être visé pour des applications thérapeutiques sensibles comme l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique. Cependant, garantir une activité d’oscillations stables est difficile de par le caractère stochastique de la cavitation ultrasonore, et de la coexistence de bulles oscillantes (cavitation stable) et implosantes (cavitation inertielle) au sein d’un nuage de bulles. Il est donc nécessaire de contrôler spatialement et temporellement le phénomène de cavitation en discriminant les régimes de cavitation stable ou inertielle, au cours de la durée d’un tir ultrasonore, et ce en régime pulsé. Dans une première étude, la dynamique d’un nuage de bulles monodisperses et uniformément réparties dans l’espace met en évidence l’effet de l’interaction entre bulles sur le seuil de cavitation stable : il s’abaisse en pression et la fréquence de résonance des bulles se décale en fonction de la densité de bulle. Il est ainsi montré qu’il existe une densité de bulle optimale pour l’émission de la composante sous-harmonique. Ensuite, une stratégie de contrôle est développée, basée sur une boucle de rétroaction régulant la signature acoustique d’un régime donné de cavitation. L’utilisation de la stratégie d’asservissement permet de discriminer les régimes de cavitation stable et inertielle au cours du temps, mais aussi de garantir une activité de cavitation plus stable temporellement, plus reproductible, et ce pour des énergies acoustiques moyennes délivrées inférieures. Enfin, le processus de contrôle est utilisé expérimentalement pour des applications in-vitro de sonoporation cellulaire. Tout d’abord, une étude de sonoporation en cavitation inertielle régulée met en évidence l’amélioration de la reproductibilité des taux de sonoporation obtenus, et la possibilité de s’affranchir de l’utilisation d’agents de contraste comme agents de nucléation. Ensuite, une étude en cavitation stable régulée met en évidence la possibilité de sonoporer des cellules en limitant les activités de cavitation inertielle, et donc potentiellement en limitant la lyse cellulaire
In the aim of limiting the destructive behavior of collapsing cavitation bubbles, an exclusively stable cavitation state is targeted for sensitive therapeutics applications like blood-brain barrier opening. Ensuring a stable cavitation regime is complex because of (i) the coexistence of stably oscillating bubbles and collapsing bubbles in the same bubble cloud, and (ii) the stochastic behavior of the phenomenon during time. Therefore, it is necessary to control spatially and temporally the cavitation activity, by discriminating the stable from the inertial regime. Firstly, the theoretical study of the dynamics of a monodisperse and homogeneous cloud shows a modification of the stable cavitation threshold as a function of the bubble density: the subharmonics emission threshold is lowered and the resonance frequency is shifted. The study leads also to the expression of a particular microbubbles density leading to optimized subharmonics emission. Secondly, a real-time control strategy based on a feedback loop process on subharmonics emission is designed. The use of this strategy allows discriminating the two cavitation states during time, and ensures a better reproducibility, time-stability and an acoustic energy gain. The control device is used for cells sonoporation in-vitro. In a first study, the sonoporation by inertial cavitation control is performed in a stationary ultrasonic field configuration. This leads to high sonoporation efficiency coupled to the possibility of counterbalancing the use of supplementary nuclei (encapsulated microbubbles). In a second one, the stable cavitation control applied in a focused ultrasound configuration field pinpoints the possibility of sonoporating cells without inertial cavitation, and then to limit cell lysis

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Selles, Nathan. "Cavitation et rupture du Polyamide 6 sous état de contrainte multiaxial en traction monotone, fluage et fatigue. Dialogue entre imagerie 3D et modélisation par éléments finis". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM038/document.

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Abstract (sommario):

De nombreuses structures industrielles soumises à des chargements à long terme statique (fluage) ou cyclique (fatigue) sont constituées de matériaux polymères semi-cristallins. C’est le cas notamment des canalisations et réservoirs sous pression. Il est donc essentiel de traiter les problématiques de durabilité pour être capable d'anticiper et de contrôler leur fin de vie. Par ailleurs, elles présentent généralement des formes complexes et sont soumises à des états de contrainte multiaxiaux.Le matériau de l'étude est un polymère semi-cristallin : le Polyamide 6. Il est caractérisé par la coexistence d'une phase cristalline et d'une phase amorphe qui s'arrangent selon une microstructure sphérolitique.Dans un premier temps, les liens entre comportement mécanique à l'échelle globale de l'éprouvette et les micro-mécanismes de déformation sous-jacents conduisant à la rupture sont établis expérimentalement pour des sollicitations en traction monotone et en fluage qui présentent des résultats similaires puis en fatigue. L'influence de la multiaxialité de l'état de contrainte est étudiée à partir d’éprouvettes axisymétriques entaillées de différents rayons de fond d'entaille et d'éprouvettes « Compact Tensile ». Les phénomènes de cavitation sont caractérisés grâce aux techniques de tomographie et laminographie à rayonnement X synchrotron qui permettent d'observer et de quantifier les distributions spatiales de taux de porosité volumique et le caractère anisotrope des cavités. Et l'analyse des faciès de rupture a permis de mettre en évidence que les mécanismes de croissance et de coalescence de cavités étaient à l'origine de l’amorçage ductile de la rupture.Ensuite, un modèle poro-visco-plastique à deux mécanismes (permettant de différencier le comportement des phases amorphe et cristalline) a été utilisé. Ce modèle permet de reproduire à la fois le comportement global (courbes de chargement) en traction monotone et en fluage mais aussi les distributions spatiales de taux de porosité obtenues expérimentalement. De plus, les calculs par éléments finis permettent d'étudier les distributions spatiales du champ de contrainte et d'établir l'influence de l'état de contrainte sur l'état de cavitation. Les évolutions temporelles en cours de déformation de la pression hydrostatique (ou contrainte moyenne) ont été reliées aux distributions spatiales de taux de porosité volumique. Et l'anisotropie de cavitation (et donc la morphologie et les facteurs de forme des cavités) a été reliée aux évolutions des composantes du tenseur des contraintes de Cauchy. Enfin, la définition d'un critère de rupture en taux de porosité critique a permis de simuler l'amorçage et la propagation de fissures en traction monotone et fluage
Many industrial structures subjected to quasi-static (creep) or cyclic (fatigue) long-term loadings are made of semi-crystalline polymers. Such is the case, for instance, of pressure vessels and pipes. It is therefore considered critical to study the issues related to their durability in order to be able to anticipate and control their end of life. Furthermore, they generally have complex designs and are subjected to multiaxial stress states.The material which has been studied was a semi-crystalline Polyamide 6. Its structure consisted of amorphous and the crystalline phases and a spherolitic microstructure.As a first step, the links between the mechanical behaviour at the global scale of the specimens and the underlying micro-mechanisms of deformation that lead to failure have been established experimentally for monotonic and creep loadings that show similar results and then for fatigue loadings. The influence of the multiaxiality of the stress state has been studied using circumferentially notched round bars with different notch root radii and Compact Tensile specimens. The cavitation phenomena were characterized using synchrotron radiation tomography and laminography techniques that enabled the observation and quantification of the spatial distributions of the voids and the anisotropy of the cavities. An analysis of the fracture surfaces has shown that the initiation of ductile failure resulted from void growth and coalescence mechanismsA poro-visco-plastic model with two mechanisms (that allow the behaviours of the amorphous and crystalline phases to be distinguished) has been used. Thanks to this model, the global behaviour (loading curves) under steady strain rates and steady loads but also the spatial distributions of the void volume fraction could be reproduced numerically. In addition finite element calculations have permitted the spatial distributions of the stress field to be studied and the influence of the stress state on the cavitation state to be investigated. The temporal evolutions during the deformation of the hydrostatic pressure have been linked to the spatial distributions of void volume fraction. The void anisotropy (and thus the void morphology and shape factors) has been related to the evolutions of the components of the Cauchy stress tensor. Finally, the definition of a rupture criterion based on a critical value of the void volume fraction has enabled crack propagation under steady strain rate and steady load to be simulated

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Shen, Huanhuan. "Interferometric out-of-focus imaging and digital holography for the characterization of droplets or bubbles : theory, optical design, characterization of a flow, synchronized experiments". Rouen, 2014. http://www.theses.fr/2014ROUES015.

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Abstract (sommario):

Un simulateur original d'imagerie interférométrique en défaut de mise au point (ILIDS), permettant de modéliser n'importe quel système optique, est développé. Le formalisme de ce simulateur repose sur l'intégrale de Huygens-Fresnel généralisée. Le champ initial diffusé par des gouttes est simplifié par deux glare points. Un système original d'ILIDS, utilisant une configuration cylindrique, est conçu grâce au simulateur. Cette nouvelle configuration permet d'obtenir simultanément la position en trois dimensions et la taille des gouttelettes ou des bulles. Elle comprend une lentille cylindrique supplémentaire ayant un angle de rotation approprié autour de l'axe optique. Cette configuration anamorphique permet de lier l'orientation des franges d'interférence d'une part, et la forme de l'image en défaut de mise au point d'autre part, à la position axiale de la particule. Trois expériences sont réalisées successivement : l'observation de gouttes d'eau dans l'air, de bulles dans l'eau au sein d'un aquarium cubique et de bulles dans la glycérine située dans un canal cylindrique. Les comparaisons entre simulations et expériences montrent des résultats cohérents. Les précisions des positions axiales et des talles obtenus par la configuration cylindrique d'ILILDS sont évaluées expérimentalement. Les positions axiales sont validées par une comparaison avec leurs valeurs calibrées, tandis que les diamètres sont vérifiés grâce à une configuration couplée deux techniques: holographie numérique sur l'axe et configuration cylindrique d'ILIDS
An original simulator of Interferometric Laser Imaging for Droplet Sizing (ILIDS), allowing predicting the image patterns obtained by any imaging system, is developed. The formalism of the simulator relies on the generalized Huygens-Fresnel integral. The initial field scattered by the droplet is simplified by two glare points. An original ILIDS system is designed due to the simulator. The advantage of this configuration is that the three dimensional locations and sizes of droplets can be obtained simultaneously. The cylindrical ILIDS configuration includes a supplemental cylindrical lens rotated in a proper angle with respect to the axis of imaging system. The anamorphic configuration allows to change the orientation of the fringes and the form of the out-of-focus image with respect to the axial location of the particle. Three experiments are successively conducted: water droplets in air, bubbles in water at cubic aquarium and bubbles in glycerin at cylindrical channel. The comparisons of the simulations and experiments show good consistence. The precisions of the axial location and diameter obtained by cylindrical ILIDS technique are evaluated experimentally. The axial locations obtained by cylindrical ILIDS configuration are validated by comparing them with calibrated values, while the diameters are validated due a synchronized experiment coupling Digital In-Line Holography technique and cylindrical ILIDS technique

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Asquier, Nicolas. "Etude des moyens de caractérisation de l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique induite par un dispositif ultrasonore implantable". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1330/document.

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Abstract (sommario):

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une protection naturelle du système nerveux central. Son étanchéité constitue néanmoins un frein à de nombreuses thérapies médicamenteuses. Elle peut être temporairement perméabilisée grâce à une exposition à des ultrasons, couplée à une injection de microbulles dans la circulation sanguine. Dans ce manuscrit, l'ouverture de la BHE avec un dispositif ultrasonore non focalisé et implantable est étudiée. Une méthode automatique de quantification du volume d'ouverture grâce aux images IRM issues d'une étude clinique de phase 1/2a chez des patients atteint d'un glioblastome multiforme récurrent a été développée et validée. Une corrélation entre la probabilité d'ouverture et la pression acoustique locale a été trouvée. L'activité de cavitation des microbulles a été étudiée in vitro pour affiner la compréhension de son lien avec l'ouverture de la BHE. L'incertitude de quantification de cette activité à l'aide d'un capteur mono-élément utilisé passivement (PCD) à travers le crâne a été évaluée. Une correction se basant sur la position du PCD par rapport à la source de cavitation a été proposée et validée. L'influence du volume couvert par un nuage de cavitation dans le champ ultrasonore non focalisé sur les amplitudes des signaux enregistrés par le PCD pendant le traitement clinique a été discutée. Deux méthodes de localisation et de différenciation de sources de cavitation multiples dans un contexte transcrânien ont été évaluées par simulations et in vitro
The blood-brain barrier (BBB) is a natural protection of the central nervous system. However, it limits the delivery of many drugs to the brain tissues. It can be temporarily disrupted by ultrasound exposure combined with intravenous injection of microbubbles. In this manuscript, BBB disruption with an implantable unfocused ultrasound device is studied. An automatic method for quantifying the volume of BBB disruption using MR images from a phase 1/2a clinical study in patients with reccurent glioblastoma was assessed and validated. A correlation between the probability of disruption and the local acoustic pressure was found. Microbubbles cavitation activity was studied in vitro to better understand its effect on BBB disruption. The uncertainty on the amplitudes of cavitation signals recorded with a passive single-element detector (PCD) through the skull was quantified. A position-based correction of the PCD signal was assessed and validated. The effect of the volume of a cavitation cloud in the unfocused ultrasound field on the signal amplitude recorded by the PCD during the clinical treatment was discussed. Two methods for localizing and discriminating cavitation sources in a transcranial context were evaluated by simulations and in vitro

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Ali, Muhammad. "Etude d'un nouveau dispositif de bioimpression par laser". Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0070/document.

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Abstract (sommario):

Les technologies laser sont largement utilisées dans le contexte de l'impression 3D de matériaux de toute taille ainsique pour la bioimpression des constituants de tissue biologiques. Dans ce contexte, la bioimpression par laser (LAB), basée sur le procédé LIFT, a émergé comme une technique permettant de s'affranchir des inconvénients des technologies d'impression à jet d'encre(par exemple le colmatage). La bioimpression par Laser est une technique d'écriture directe de matériaux sous forme solide ou liquide dotée d'une haute résolution spatiale. La technique permet ainsi le transfert précis de microgouttelettes (volume de l'ordre du pL) de biomatériaux et de cellules sur un substrat de réception. Dans nos travaux de recherche, afin de mieux comprendre la dynamique du processus de transfert et d'utiliser la technique en ingénierie tissulaire, nous avons avons développé une approche expérimentale basée sur une méthode d'imagerie résolue en temps. Nous avons tout d'abord caractérisé les différents régimes d'éjection afin de définir des conditions appropriées à l'impressiond'éléments biologiques. Nous avons également exploré la fenêtre d'éjection, afin d'étudier l'influence de l'énergie laser sur la dynamique de jet. Ensuite, nous avons étudié une nouvelle de configuration bioimpression par laser pour laquelle des études paramétriques impliquant l'effet de la viscosité et de la distance d'impression sur la morphologie des gouttes imprimées ont été réalisées. Cette configuration permet d'imprimer des encres biologiques en obtenant des contours très lisses et uniformes jusqu’à une grande distance de séparation (≤10 mm). Les paramètres d'impression de cellules ont aussi été analysées par TRI en fonction de la concentration cellulaire des encres. Nos résultats fournissent des renseignements clés sur l'optimisation et devraient permettre un meilleur contrôle du mécanisme de transfert du processus de LAB. Enfin à la lumière de ces études, nous proposons un mécanisme complet pour la bioimpression par laser
Laser-based approaches are among the pioneering works in cell printing. These techniques are being extensively focussed for two or three-dimensional structures of any size in transferring pattern materials including deposition of 3D biological constructs. In this context, Laser-Assisted Bioprinting (LAB), based on Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) has emerged as a nozzleless method to surmount the drawbacks (e.g. clogging) of inkjet printing technologies. LAB is a laser direct-write technique that offers printing micropatterns with high spatial resolution from a wide range of solid or liquid materials, such as dielectrics, biomaterials and living cells. The technique enables controlled transfer of droplets onto a receiving substrate. A typical LAB setup comprises three key components: (i) a pulsed laser source, (ii) a ribbon coated with the material to be transferred and (iii) a receiving substrate. The ribbon integrates three layers: (i) a quartz disk support transparent to laser wavelength, (ii) a thin (1–100 nm) absorbing layer (like Ti or Au), and (iii) a bioink layer (few tens of microns) incorporating the material to print. The receiving substrate is faced to the bioink and placed at 100 μm to 1 mm distance from the ribbon. Rapid thermal expansion of metallic layer (on absorbing laser pulse) propels a small volume (~pL) of the ink towards a receiving substrate. Such a metallic interlayer eliminates direct interaction between the laser beam and the bioink. Volume of deposited material depends linearly on the laser pulse energy, and that a minimum threshold energy is required for microdroplet ejection. The thickness of the absorbing layer, viscosity and thickness of the bioink, different optical parameters such as the focus spot and the laser fluence are the controlling parameters to obtain a microscopic resolution and to limit the shock inflicted on the ejected cells. In our research works, we considered experimental approach to study the physical mechanism involved in the LAB using a time-resolved imaging method in order to gain a better insight into the dynamics of the transfer process and to use the technique for printing biomaterials. First we designed and implemented a novel configuration of LAB for upward printing. Then we characterized different ejection regimes to define suitable conditions for bioprinting. We further explored jetting window to study the influence of laser energy on jet dynamics. Ejection dynamics has been investigated by temporal evolution of the liquid jet for their potential use in cell printing. In addition parametric studies like effect of viscosity and printing distance on the morphology of the printed drops were conducted to explore jetting “window”. This configuration allows debris-free printing of fragile bioinks with extremely smooth and uniform edges at larger separation distance (ranging from 3 to 10mm). Material criteria required for realization of the cell printing are discussed and supported by experimental observations obtained by TRI investigation of cell printing from donors with different cell concentrations. These results provide key insights into optimization and better control of transfer mechanism of LAB. Finally, in the light of these studies, a comprehensive mechanism is proposed for printing micro-drops by LAB

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Asquier, Nicolas. "Etude des moyens de caractérisation de l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique induite par un dispositif ultrasonore implantable". Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2019. https://n2t.net/ark:/47881/m6rn376t.

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Abstract (sommario):

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une protection naturelle du système nerveux central. Son étanchéité constitue néanmoins un frein à de nombreuses thérapies médicamenteuses. Elle peut être temporairement perméabilisée grâce à une exposition à des ultrasons, couplée à une injection de microbulles dans la circulation sanguine. Dans ce manuscrit, l'ouverture de la BHE avec un dispositif ultrasonore non focalisé et implantable est étudiée. Une méthode automatique de quantification du volume d'ouverture grâce aux images IRM issues d'une étude clinique de phase 1/2a chez des patients atteint d'un glioblastome multiforme récurrent a été développée et validée. Une corrélation entre la probabilité d'ouverture et la pression acoustique locale a été trouvée. L'activité de cavitation des microbulles a été étudiée in vitro pour affiner la compréhension de son lien avec l'ouverture de la BHE. L'incertitude de quantification de cette activité à l'aide d'un capteur mono-élément utilisé passivement (PCD) à travers le crâne a été évaluée. Une correction se basant sur la position du PCD par rapport à la source de cavitation a été proposée et validée. L'influence du volume couvert par un nuage de cavitation dans le champ ultrasonore non focalisé sur les amplitudes des signaux enregistrés par le PCD pendant le traitement clinique a été discutée. Deux méthodes de localisation et de différenciation de sources de cavitation multiples dans un contexte transcrânien ont été évaluées par simulations et in vitro
The blood-brain barrier (BBB) is a natural protection of the central nervous system. However, it limits the delivery of many drugs to the brain tissues. It can be temporarily disrupted by ultrasound exposure combined with intravenous injection of microbubbles. In this manuscript, BBB disruption with an implantable unfocused ultrasound device is studied. An automatic method for quantifying the volume of BBB disruption using MR images from a phase 1/2a clinical study in patients with reccurent glioblastoma was assessed and validated. A correlation between the probability of disruption and the local acoustic pressure was found. Microbubbles cavitation activity was studied in vitro to better understand its effect on BBB disruption. The uncertainty on the amplitudes of cavitation signals recorded with a passive single-element detector (PCD) through the skull was quantified. A position-based correction of the PCD signal was assessed and validated. The effect of the volume of a cavitation cloud in the unfocused ultrasound field on the signal amplitude recorded by the PCD during the clinical treatment was discussed. Two methods for localizing and discriminating cavitation sources in a transcranial context were evaluated by simulations and in vitro

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Boulos, Paul. "Ultrasound imaging of the ultrasound thrombolysis". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1251/document.

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Abstract (sommario):

Les techniques de thérapie par ultrasons sont apparues très récemment avec la découverte des ultrasons de haute intensité focalisée. La thrombolyse ultrasonore extracorporelle en fait partie et se base sur la destruction mécanique du thrombus causée par la cavitation acoustique. Cependant, c'est un phénomène mal contrôlé. Ainsi, un meilleur contrôle de l'activité de cavitation et sa localisation pendant la thérapie est essentiel pour considérer le développement d'un dispositif thérapeutique. Un prototype a déjà été conçu et amélioré avec une boucle de rétroaction en temps réel afin de contrôler l'activité de puissance de cavitation. Cependant, pour surveiller le traitement en temps réel, un système d'imagerie ultrasonore doit être incorporé dans le dispositif thérapeutique. Il doit être capable de localiser le thrombus, de positionner la focale du transducteur thérapeutique, de contrôler la destruction complète du thrombus et d'évaluer en temps réel l'activité de cavitation. Le travail actuel se focalise principalement sur le développement de techniques d'imagerie ultrasonore passive utilisées pour reconstituer les cartographies d'activité de cavitation. Différents algorithmes de formation de voies ont été examinés et validés par des simulations de sources ponctuelles, des expériences in vitro sur fil et des expériences de cavitation dans une cuve d'eau. Il a été démontré que l'algorithme de formation de voie le plus précis pour la localisation du point focale de cavitation est la technique de cartographie passive acoustique pondérée avec le facteur de cohérence de phase (PAM-PCF). En outre, des tests in vivo sur un modèle animal d'ischémie des membres aigus ont été évalués. Enfin, certaines optimisations du système d'imagerie développé précédemment ont été réalisées comme l'imagerie 3D, l'implémentation en temps réel et l'imagerie hybride combinant l'imagerie active anatomique avec les cartographies de cavitation passive
Ultrasound therapy techniques emerged very recently with the discovery of high intensity focused ultrasound (HIFU) technology. Extracorporeal ultrasound thrombolysis is one of these promising innovative low-invasive treatment based on the mechanical destruction of thrombus caused by acoustic cavitation mechanisms. Yet, it is a poorly controlled phenomenon and therefore raises problems of reproducibility that could damage vessel walls. Thus, better control of cavitation activity during the ultrasonic treatment and especially its localization during the therapy is an essential approach to consider the development of a therapeutic device. A prototype has already been designed and improved with a real-time feedback loop in order to control the cavitation power activity. However, to monitor the treatment in real-time, an ultrasound imaging system needs to be incorporated into the therapeutic device. It should be able to first spot the blood clot, to position the focal point of the therapy transducer, control the proper destruction of the thrombus, and evaluate in real-time the cavitation activity. Present work focusses mainly on the development of passive ultrasound techniques used to reconstruct cavitation activity maps. Different beamforming algorithms were investigated and validated through point source simulations, in vitro experiments on a wire, and cavitation experiments in a water tank. It was demonstrated that an accurate beamforming algorithm for focal cavitation point localization is the passive acoustic mapping weighted with the phase coherence factor (PAM-PCF). Additionally, in vivo testing on an animal model of acute limb ischemia was assessed. Finally, some optimizations of the previous developed imaging system were carried out as 3D imaging, real-time implementation, and hybrid imaging combining active anatomical imaging with passive cavitation mapping

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Mauger, Cyril. "Cavitation dans un micro-canal modèle d'injecteur diesel : méthodes de visualisation et influence de l'état de surface". Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00747628.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse repose sur l'élaboration et l'exploitation d'un banc expérimental dédié à l'étude d'un écoulement cavitant dans un micro-canal, pour des conditions proches de celles de l'injection diesel. Ce banc a été développé dans le but de faire varier différents paramètres, notamment l'état de surface des parois du canal. Plusieurs méthodes optiques (imagerie en transmission, strioscopie et interférométrie) ont été mises en place afin de visualiser l'écoulementet d'en extraire des informations quantitatives. Les images en transmission permettent de visualiser la formation de vapeur dans le canal. Elles sont sensibles au gradient de masse volumique et font ainsi apparaître des couches de cisaillement, des structures turbulentes et des ondes de pression. Leur interprétation est rendue délicate par cette richesse en information et nécessite de recourir aux autres techniques optiques. Il ressort de ce travail que la cavitation se forme dans la couche de cisaillement, sous l'effet combiné de la dépression engendrée par le décollement à l'entrée du canal et de tourbillons générés par des instabilités dans la couche de cisaillement. La confrontation des résultats obtenus à l'aide des différentes techniques optiques, notamment les champs de pression reconstruits à partir des interférogrammes, montre que la zone de formation de la cavitation ne correspond pas à la zone de minimum de pression moyenne de l'écoulement. Il apparaît aussi que certaines bulles de vapeur ont une durée de vie bien supérieure à ce que prévoient les modèles de dynamique de bulles. On suspecte que des fluctuations de pression de l'ordre de 20 bar, associées à la turbulence, contribuent à la prolongation de ces temps de vie. Un algorithme de PIV, appliqué à des couples d'images en transmission, permet de montrer une augmentation importante des fluctuations de vitesse en sortie de canal lorsque les poches de vapeur se développent. Cette augmentation devient plus significative quand les poches atteignent60% de la longueur du canal. L'écoulement cavitant est essentiellement piloté par le nombre de cavitation K. Les conditions d'apparition et de développement de la cavitation ont été quantifiées dans différents canaux, en faisant varier des paramètres géométriques, la pression amont ou la température. L'influence de la hauteur du canal et du rayon de courbure à l'entrée de l'orifice est conforme aux données de la littérature. Une dépendance du nombre de cavitation critique Kcrit à l'apparition de la cavitation au nombre de Reynolds Re est montrée. Enfin, l'influence de l'état de surface des parois a fait l'objet d'une étude spécifique. Cette partie du travail demande probablement à être complétée mais l'état de surface semble avoir une influence sur la cavitation. D'après les cas étudiés au cours de cette thèse, une surface rugueuse ou texturée avec des motifs suffisamment espacés peut retarder l'apparition de la cavitation et une rugosité limitée (jusqu'à Ra = 0,7 μmici) peut favoriser le développement des poches de vapeur.

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Zhang, Guangjian. "Etude expérimentale de la structure et de la dynamique des écoulements cavitants". Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE050.

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Abstract (sommario):

La cavitation est un phénomène complexe impliquant un transfert de masse entre la phase liquide et vapeur à des températures presque constantes.Les processus physiques qui contrôlent les instabilités dans les écoulements cavitants ne sont pas encore compris, principalement en raison du manque de données expérimentales quantitatives sur les structures diphasiques et la dynamique à l'intérieur des zones de cavitation opaques. Dans cette thèse, la cavitation partielle développée dans de petits canaux convergents-divergents (Venturi) a été étudiée expérimentalement en détail pour élucider ces mécanismes. Ceci a été réalisé en combinant une technique d'imagerie par rayons X ultra-rapide, la visualisation conventionnelle à haute fréquence et la vélocimétrie par images de particules. Les principales contributions de la présente étude portent sur les quatre aspects suivants:(1) une description détaillée des structures d'écoulement diphasique au sein des poches de cavitation quasi stables,qui se caractérisent par un écoulement rentrant à faible vitesse existant en continu sous la cavité; (2) analyse de l'effet complexe de la cavitation sur les fluctuations de vitesses turbulentes; (3) identification et discussion de trois mécanismes distincts responsables de la transition vers un comportement instable périodique ; (4) analyse de l'effet d'échelle sur les comportements cavitants, dans le cas des profils Venturi étudiés
Cavitation is a complex phenomenon involving mass transfer between liquid and vapour phase at nearly constanttemperature. Advances in the understanding of the physical processes of cavitating flows are challenging, mainlydue to the lack of quantitative experimental data on the two-phase structures and dynamics inside the opaquecavitation areas. In this thesis, partial cavitation developed in small convergent-divergent (Venturi) channels wasstudied experimentally in detail for a better knowledge of the physical mechanisms governing the cavitationinstabilities. This was achieved by using an ultra-fast synchrotron X-ray imaging technique aided withconventional high speed photography and Particle Image Velocimetry. The main contributions of the presentstudy can be summarized as follows: (1) detailed description of the two-phase flow structures in quasi-stablesheet cavitation, which is characterized by a low-speed re-entrant flow existing continuously underneath thecavity; (2) analysis of the complex effect of cavitation on turbulent velocity fluctuations; (3) identification ofthree distinct mechanisms responsible for the transition of sheet-to-cloud cavitation, with a discussion of thedifferences between them; (4) analysis of the scale effect on cavitation in the studied Venturi flows

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Souquet, Agnès. "Etude des processus physiques mis en jeu lors de la microimpression d'éléments biologiques assistée par laser". Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14232/document.

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Abstract (sommario):

Parallèlement à l’impression jet d’encre et au bioplotting, l’impression d'éléments biologiques assistée par laser (Laser Assisted Bioprinting : LAB) qui utilise le transfert vers l’avant induit par laser (Laser Induced Forward Transfer : LIFT) a émergé comme une méthode alternative dans l’assemblage et la micro–structuration de biomatériaux et de cellules. Le LAB est une technique d’écriture directe qui offre la possibilité d’imprimer des motifs avec une haute résolution spatiale à partir d'une large gamme de matériaux solides ou liquides, tels que des diélectriques, des biomolécules et des cellules vivantes en solution.Dans nos travaux de recherche, nous avons considéré une approche expérimentale et numérique pour étudier les mécanismes physiques mis en jeu lors de la microimpression d’éléments biologiques assistée par laser. Dans un premier temps nous avons défini les paramètres rhéologiques des bioencres et les conditions de transfert (composition, épaisseur et viscosité de la bioencre et énergie laser). Puis nous avons mené une analyse statistique du volume des gouttelettes déposées pour quatre viscosités de bioencre, cinq épaisseurs de bioencre et cinq énergies laser. Ensuite nous avons conçu et mis en place un système d’imagerie résolue en temps pour étudier les effets de la viscosité sur la dynamique de l’éjection. Nous avons ainsi différencié trois régimes d'éjection en fonction de l'énergie laser déposée dans la couche absorbante, de la viscosité et de l'épaisseur de la bioencre. Parallèlement, un modèle numérique a été mis en place pour comprendre et prédire la dynamique de l’éjection en fonction de paramètres multiples : choix et épaisseur de la couche absorbante, épaisseur de la couche de bioencre, énergie laser déposée. Enfin, au regard de ces études, nous proposons un mécanisme d'éjection des microgouttelettes intervenant au cours du procédé de microimpression assistée par laser
Over this decade, cell printing strategy has emerged as one of the promising approaches to organize cells in two and three dimensional engineered tissues. In parallel with ink-jet printing and bioplotting, Laser Assisted Bioprinting (LAB) using Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) has emerged as an alternative method in the assembly and micropatterning of biomaterials and cells. LAB is a laser direct-write technique that offers the possibility of printing micropatterns with high spatial resolution from a wide range of solid or liquid materials, such as dielectrics, biomolecules and living cells in solution. In our research works, we considered an experimental and numerical approach to study the physical mechanisms involved in the biological elements microprinting laser assisted.First we defined the rheological parameters of bioinks and the transfer conditions (composition, thickness and viscosity of the bioink and laser energy). Then we led a statistical analysis of the volume of the transfer droplets for four viscosities of bioink, five thicknesses of bioink and five laser energies. Then we designed and implemented a system for time resolved imaging to study the effects of viscosity on the dynamics of the ejection. Thus we have differentiated three ejection regimes in function of the laser energy released in the absorbing layer, the visocsity and the thickness of the bioink. In parallel, a numerical model was developed to understand and predict the dynamics of the ejection parameters according to multiple choice and thickness of the absorbing layer, thickness of the layer bioencre, energy deposited. Finally, with regard to these studies, we propose a mechanism for ejecting droplets involved in the process of laser-assisted microprinting

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Peterson, Ashley Thomas. "Cavitation prediction". Thesis, University of Cambridge, 2007. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.612813.

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Johansen, Kristoffer. "Stable-inertial cavitation". Thesis, University of Glasgow, 2018. http://theses.gla.ac.uk/30796/.

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Abstract (sommario):

Research and development of applications utilising acoustic cavitation, particularly medical therapy, is often based on the spectrum of the scattered emissions collected during the cavitation occurrence. There is, however, limited understanding as to how driven bubble behaviour is related to the myriad of non-linear features that can exist within the cavitation noise spectrum, including those commonly reported. Moreover, there is an enduring tendency to classify cavitation activity as either stable or inertial, with no clear delineation between the two categories in terms of associated emissions. The work described in this thesis is dedicated to reconciling bubble dynamics driven by focused ultrasound, and resolved with ultra-high speed shadowgraphic imaging, to the acoustic emissions simultaneously detected via a broadband calibrated needle hydrophone system. Specifically, the role of periodic bubble collapse shock waves are experimentally investigated, supported by bubble oscillation models and spectral analysis. First, hydrophone-deconvolution for restoring an approximation to physical pressure data is demonstrated, through laser-plasma mediated bubble detection. Subsequent application to precision measurements of an acoustically driven cavitation bubble, verifies a contribution from periodic shock waves to all features within the emission spectrum, including the sub-harmonics. Moreover, complete spectral peak suppression at the sub-harmonic is demonstrated for a specific two-bubble configuration. Finally, the design of a bespoke passive cavitation detector, optimised for shock wave detection is described, and its performance evaluated against a comparable, commercially available device. Implications for cavitation detection and detector characterisation are discussed, as is the conventional classification of activity as stable or inertial, with reference to the literature.

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Odeyemi, Babatunde O. "Hydrodynamic cavitation : effects of cavitation on inactivation of Escherichia coli (E.coli)". Thesis, Georgia Institute of Technology, 2003. http://hdl.handle.net/1853/11009.

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Krahl, Dominik, Jürgen Weber e Maik Fuchs. "Visualization of cavitation and investigation of cavitation erosion in a valve". Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-199616.

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Abstract (sommario):

Avoiding cavitation and especially cavitation erosion are tasks, which have to be considered when working with hydraulics. State of the art is the assessment of the risk of erosion by component testing or to completely avoid cavitation by means of CFD. Another reliable method to assess the risk of cavitation erosion is until now not available. This paper deals with this problem and delivers comparative values for a later method development. In a first step the cavitation of a poppet valve, which controls a methanol flow, is visualized. The resulting three cavitation appearances are deeply examined. After that the results of long-term tests at different operation conditions are presented. A poppet surface analysis following each experiment has shown different types of surface attacks. As a result of this work it is shown that both cavitation appearance and surface attack are strongly influenced by the temperature dependent air solubility of the liquid.

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Robin, Justine. "Development of a 3D time reversal cavity for pulsed cavitational ultrasound : application to non-invasive cardiac therapy". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC273/document.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse était d'explorer de nouvelles applications cardiaques pour l'histotripsie et de développer les outils permettant leur mise en place non-invasive. La thérapie ultrasonore cardiaque est en effet encore assez peu développée aujourd’hui, à cause de la difficulté à traiter un organe en mouvement permanent, et très bien protégé derrière la cage thoracique.Nous avons d'abord montré in vivo, sur un modèle ovin, que l’on pouvait sectionner les cordages mitraux de manière non-invasive ainsi que traiter la sténose aortique calcifiée. Engendrer de la cavitation sur les feuillets valvulaires permet effectivement d’agir à distance sur les calcifications, et de globalement assouplir la valve.Simultanément, nous avons développé un dispositif pour la thérapie cardiaque non invasive, fondé sur le concept de cavité à retournement temporel. Ce dispositif permet l'émission d'impulsions ultrasonores de haute intensité dans un très grand volume d’intérêt. L’on peut ainsi déplacer le point de thérapie en 3 dimensions de manière entièrement électronique, et sans déplacer mécaniquement l’appareil. Après optimisation, ce dispositif a permis de créer des lésions mécaniques bien contrôlées dans une région d'intérêt de 2 000 cm3.Pour faire face au défi que représente la cage thoracique, nous avons développé une méthode de focalisation adaptative et l'avons mise en œuvre dans un prototype 2D du dispositif. Avec cette méthode, nous pouvons non seulement construire un front d'onde ultrasonore adaptatif qui se propage de manière préférentielle à travers les espaces intercostaux, mais grâce aux propriétés des cavités à retournement temporel, nous pouvons également augmenter la pression focale obtenue sur la cible de thérapie.Enfin, pour approfondir ce travail sur la focalisation adaptative, et nous avons considéré le cas de l'imagerie transcrânienne. Pour cette application, nous avons choisi d’utiliser la focalisation par retournement temporel dans le bruit de speckle, pour corriger les aberrations induites par le crâne. En simulations numériques, nous avons pu calculer les modulations de phase et d'amplitude induites par les os et améliorer le contraste et la résolution d'une image B-mode
The objective of this thesis was to explore new applications for cardiac histotripsy, and to develop the tools making it possible non-invasively. Cardiac ultrasound therapy indeed still remains limited due to the tremendous challenge of treating a constantly and rapidly moving organ, well protected behind the ribcage.We first showed in vivo, on a large animal model, that histotripsy could be used non-invasively to cut mitral chordae, and to treat calcified aortic stenosis in a beating heart. Cavitation on the valve leaflets can indeed locally and remotely act on the calcifications, and globally soften the valve. Simultaneously, we developed a therapeutic device allowing completely non-invasive cardiac shock-wave therapy based on the time reversal cavity concept. In particular, this device allows the emission of high intensity ultrasound pulses, and provides 3D electronical steering of the therapy focal spot in a large volume. After a thorough optimisation process, this device was capable of creating well controlled mechanical lesions over a 2 000 cm3 region of interest. To tackle the challenge of ultrasound propagation through the rib cage, we developed an adaptive focusing method (DORT method through a time reversal cavity), and implemented it in a 2D prototype of the device. With this method, we not only could build an adaptive ultrasonic wavefront propagating preferentially through the intercostal spaces, but due to time reversal cavities properties, we could also increase the peak pressure obtained on target.Finally, we pushed our work on adaptive focusing further, and considered the case of transcranial imaging. For this application, we chose to use the time reversal of speckle noise technique, to correct the aberrations induced by the skull. In numerical simulations, we were able to derive the phase and amplitude modulations induced by the bones, and could improve the contrast and resolution of a B-mode image

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Jin, Yong-Hua. "Optical investigations of cavitation". Thesis, Loughborough University, 1995. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/27390.

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Abstract (sommario):

This doctoral thesis describes the investigation carried out by the author in pursuit of a better understanding of the mechanism of cavitation. To create cavitation bubbles under laboratory conditions, an intense Q-switched Nd:YAG laser was used and the event was captured using a high-speed photography system. Three different aspects concerning the cavitation phenomenon were studied and they were the propagation of acoustic waves in a liquid, the resultant stress waves in a nearby solid medium and the interactions between a bubble and the nearby boundary. Optical measurement techniques, based on Mach-Zehnder interferometry, shadowgraphy, Schlieren photography and photoelasticity, were employed to assist the observation and analysis of a cavitation event.

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Watson, Peter. "Cavitation in human joints". Thesis, Queen's University Belfast, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.304536.

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Hou, Hang-sheng. "Cavitation instability in solids". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1990. http://hdl.handle.net/1721.1/13697.

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Gerold, Bjoern. "Cavitation in focused ultrasound". Thesis, University of Dundee, 2013. https://discovery.dundee.ac.uk/en/studentTheses/f41bf6b9-ae59-4a41-ba29-d5873821418b.

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Abstract (sommario):

A novel experimental conguration is developed combining a highintensity focused ultrasound source and a pulsed-laser, for the study of cavitation in a eld typical of those used for therapeutic ultrasound. The sonoptic chamber is specically designed to avoid the formation of acoustic standing waves, known to have a critical in uence on cavitation behaviour. A new technique of laser-nucleated acous- tic cavitation is presented, whereby a laser-pulse of energy below the breakdown threshold for the host medium, acts to nucleate acoustic cavitation in a pre-established eld. This facilitates the incorporation of high-speed cameras for interrogation at unprecedented temporal and spatial resolution, combined with acoustic detection directly correlated to the observed cavitation activity. A number of cavitation phenomena are investigated, including bubble-ensemble oscillations at a very early stage of development, in response to the acoustic driving. The frequency of oscillation, which bifurcates with increasing intensity, is also detected in the acoustic emissions. The application of a single-bubble model predicts a source for the acoustic emissions of quiescent radius equivalent to the bubble-ensemble observed, for each intensity investigated. The physical translation of the ensemble, due to the radiation force imposed by the primary eld, is also analysed. For laser-pulses of energy above the breakdown threshold, applying focused ultrasound to the cavity promotes and actuates jet-formation. The characteristics of the so formed jets depend on the intensity and location of the cavity relative to the ultrasound focus.

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Wilms, Jeffrey. "Flow visualization of cavitation". Thesis, Kansas State University, 2013. http://hdl.handle.net/2097/32158.

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Abstract (sommario):

Master of Science
Department of Mechanical and Nuclear Engineering
Mohammad Hosni
A typical refrigeration loop is composed of an evaporator, compressor, condenser, and an expansion valve. There are many possible refrigerants that can be used, but the physical properties of water make it ineffective in the traditional refrigeration loop. But if water could be used it would have many advantages as it is abundant, cheap, and is safe for the environment. This research focuses on a different kind of refrigeration loop using water. This new refrigeration loop utilizes water flowing through a nozzle, initiating cavitation. Cavitation is generally defined as creating vapor from liquid, not through adding heat, but by decreasing the pressure. In a converging/ diverging nozzle, as the cross sectional area is constricted, the velocity of the flow will increase, decreasing the pressure. Therefore, by flowing water through the nozzle it will cavitate. Transforming liquid into gas requires a certain amount of energy, defined as the latent heat. When a liquid is turned to vapor by an increase in the temperature, the latent heat is provided by the heat transfer to the system. As no energy is being added to the nozzle to cause the cavitation, the energy transfer to create the vapor comes from the remaining liquid, effectively causing a temperature drop. This research focused on the flow visualization of water cavitating as it travelled through a converging/ diverging nozzle. Under different flow conditions and different nozzle geometries, the cavitation manifested itself in different formations. When gasses were entrained in the water they formed bubbles, which acted as nucleation sites as they moved through the nozzle. This was called travelling bubble cavitation. In venturi nozzles the cavitation nucleated off of the wall, forming attached wall cavitation. When water flowed out of an orifice, a turbulent mixture of liquid and vapor, orifice jet, was formed which caused vapor to form around it. This was known as shear cavitation. When the water was rotated prior to the throat of an orifice, the orifice jet expanded radially and formed swirl cavitation. In addition to studying how the cavitation was formed, the void fraction and velocity were measured for attached wall cavitation.

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Letchford, Nicholas. "Cavitation in lubricating films". Thesis, University of Oxford, 2016. https://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:17a49106-bb6d-443c-be6b-50398bbd4590.

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Abstract (sommario):

Wear and friction are signicant problems in machinery. A particularly harsh environment is the space between the piston ring and cylinder wall of a combustion engine. Lubricant lms are commonly used to mitigate these eects, separating metal to metal contact. The experiments of Zhu and Granick (Langmuir, 18, 2002) attempt to understand how surfactants change the behaviour of lubricating lms. They claim surfactants that have adsorbed onto a solid surface cause the uid to slip past the surface. We hypothesize that their observations could instead be caused by the liquid cavitating. We develop a mushy region model, based on the work of Ockendon, Howison, and Lacey (Q J Mech Appl Math, 56, 2003), to represent the cavitated region which we assume is composed of liquid, vapour, and gas. We show that the normal force predicted by the model gives a good t to experimental observations. We also model experiments of Professor J. Nouri, who investigated the formation of gaseous cavities in a slider bearing, again using a mushy region model. We present a detailed asymptotic analysis of the model and show how the solution changes from being quasi-steady to dynamic as the velocity of the bottom surface changes sign. We show that numerical solutions of the model are in good qualitative agreement with experimental measurements, yet several persistent discrepancies remain. We suggest possible causes of these discrepancies, and estimate the eects that various physical phenomena might have on the experiments. By modifying the mushy region model to study the impact of various additional processes on the lm, we attempt to explain specic dierences between the model and the experimental results. We also extend the model to include other eects so it is more representative of the operating conditions experienced by lubricants in engines.

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Zuo, Zhigang. "Experimental and Numerical study of Laser-induced Cavitation Bubbles on Warwick Cavitation Rig". Thesis, University of Warwick, 2008. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.488496.

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Abstract (sommario):

As part of the long-term effort for deepening our understanding of the physics of the damage powers of cavitation, a Markov stochastic model has been developed to describe the interaction of bubbles with nearby boundary walls. The objective of the PhD programme is to calibrate the newly designed and purposely constructed venturi-cavitation test rig at Warwick University, on which the Markov model will be studied; and to develop feasible and effective (experimental and numerical) approaches for implementating this stochastic study.

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Goudot, Guillaume. "Applications innovantes des ultrasons en pathologie vasculaire : utilisation de l'imagerie ultrarapide dans l'analyse de la rigidité artérielle et des ultrasons pulsés en thérapie Arterial stiffening assessed by ultrafast ultrasound imaging gives new insight into arterial phenotype of vascular Ehlers–Danlos mouse models Aortic wall elastic properties in case of bicuspid aortic valve Segmental aortic stiffness in bicuspid aortic valve patients compared to first-degree relatives Wall shear stress measurement by ultrafast vector flow imaging for atherosclerotic carotid stenosis Pulsed cavitational therapy using high-frequency ultrasound for the treatment of deep vein thrombosis in an in vitro model of human blood clot". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. https://wo.app.u-paris.fr/cgi-bin/WebObjects/TheseWeb.woa/wa/show?t=2215&f=13951.

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Herbert, Éric. "Cavitation acoustique dans l'eau pure". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00139435.

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Abstract (sommario):

Tout liquide peut être surchauffé ou détendu au delà de sa courbe d'ébullition. Il est dans un état métastable, jusqu'à ce qu'une bulle de vapeur apparaisse, c'est le phénomène de cavitation. L'étude de la limité de métastabilité renseigne sur la cohésion du liquide et sur son équation d'état. Le cas de l'eau est spécialement intéressant : des théories concurrentes prédisent des variations en température de cette limite qualitativement différentes : monotone (la pression de cavitation augmente avec la température), ou avec un minimum. Nous mettons l'eau sous tension à l'aide d'une onde ultrasonore, émise par une céramique piézo-électrique hémisphérique. L'onde est focalisée pendant une courte durée et dans un petit volume loin de toute paroi, ce qui minimise l'influence d'éventuelles impuretés. Nous obtenons des résultats très reproductibles, permettant de mesurer la statistique de cavitation et de définir précisément son seuil dans différents types d'eaux. La céramique est calibrée de deux manières : avec des hydrophones à aiguille, et avec une méthode basée sur la variation de la pression statique du liquide. Les deux méthodes sont en accord et donnent une pression de cavitation monotone de -26 MPa à 0 Celsius C à -16 MPa à 80 Celsius C. Cela fait partie des pressions les plus négatives observées dans l'eau mais reste loin de la valeur théorique attendue (environ -120 MPa) et observée dans une seule expérience (Zheng etal , 1991, Science 254, 829). Nous discutons les causes possibles de ce désaccord : il peut être du soit à la présence d'impuretés, dont nous discutons la nature et la concentration, soit à une courbure inattendue de l'équation d'état aux pressions très négatives.

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Ewunkem, Asoumu Emmanuel. "Cavitation erosion of engineering materials". Thesis, City University London, 1993. http://openaccess.city.ac.uk/8358/.

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Abstract (sommario):

The work presented in this thesis is concerned with evaluating the erosion resistance or behaviour of various engineering materials to cavitation erosion in a through flow device. A wide range of engineering materials have been utilized, from metal alloys, plastics, ceramics to composiles. These were procured from various industrial and research establishments. The metal alloys which were supplied in various condition of heat treatments, ranged from aluminium alloy to nitrided and tool steels. The plastic employed were epoxy resins. These were supplied in two different formulations the "Novalac" and the Bisphenol" systems. They were produced in as cast and machined conditions. Thus the influence of both the formulation and the production processes on their cavitation erosion behaviour have been analysed. Silicon carbide arid silicon nitride were the ceramic materials employed in this project. Both were produced under three surface finish conditions. These were fired or sintered, ground and lapped respectively. The performances of all three surface finishes have been elucidated and the cavitation erosion resistance of both silicon carbide and silicon nitride have been ascertained. Glass reinforced plastic (GRP) and Fybroc were the composites utilized. They both employed glass fibre as the reinforcing element. Their cavitation erosion behaviour and resistance have been evaluated. Detailed observation of damage progression in the above three classes of materials have been made. A comprehensive cavitation erosion test data base has been obtained. An appraisal on a comparative basis of the different erosion rates of the various material tested is presented.

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Pennathur, Sumita 1978. "Micro-scale turbopump blade cavitation". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2001. http://hdl.handle.net/1721.1/8719.

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Abstract (sommario):

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 2001.
Includes bibliographical references (p. 195-196).
The possibility of a silicon micro-fabricated turbopump for the use in a micro-fabricated bipropellant liquid rocket engine is of interest. Such a pump might have airfoils on the order of 1mm chord and 0.2mm span and operate at a Reynolds number of 6000. Cavitation is a major technical issue in such a pump, but there is little work in the literature at this length scale. This work documents analytical and experimental investigations of cavitation on millimeter long pump blading. Cavitation inception and bubble growth are analyzed on a micro-scale and deviations from macro-scale theory are discussed. The analysis suggests that residence time, surface roughness, surface tension, and passage area constraints are significant factors in cavitation inception and growth. A non-rotating microfabricated cascade has been designed, fabricated, and tested to quantify the behavior of micro-scale cavitation. An experimental rig has been constructed, and 18 micro-cascades have been tested. Visual observations confirm the existence of cavitation, and illustrate the phenomena of hysteresis and time lag. Comparisons of test results with analysis indicate that cavitation inception is adequately modeled by macro-scale theory. Test repeatability is established and the experimental data is found to be in agreement with 3D numerical results. Performance impacts of cavitation on micro-scale bade rows are discussed and several useful correlations are included. No apparent surface damage has been observed in these experiments. The experimental and analytical results are compiled in the form of design criteria for micro-scale turbopumps, and are used to evaluate the performance impacts due to cavitation. It is estimated that for a micro-turbopump operating at the most severe expected cavitating conditions, the performance loss in terms of pressure recovery is not greater than 20%.
by Sumita Pennathur.
S.M.

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Kotopoulis, Spiros. "Biomedical ultrasonics, cavitation, and sonoporation". Thesis, University of Hull, 2011. http://hydra.hull.ac.uk/resources/hull:4746.

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Abstract (sommario):

This thesis treats biomedical ultrasonics, cavitation and sonoporation. Focussed ultrasound surgery can heat tissue to a temperature that causes protein denaturation and coagulative necrosis. For high-resolution focused ultrasound microsurgery, high working frequencies are necessary. We manufactured a highfrequency, high-intensity focussed ultrasound transducer, using lithium niobate as the active element. The transducer was capable of creating 2.5×3.4 (mm)2 lesions without affecting surrounding tissue. Such disruptive effects of ultrasound also have applications outside medicine. Since cyanobacteria contain gas vesicles, we hypothesised that these can be disrupted with the aid of ultrasound. During 1-hour sonication in the clinical diagnostic range, we forced blue-green algae to sink, thus promoting natural decay. In medical diagnostics, ultrasound contrast agents are added to the blood stream to differentiate between blood and other tissue types. We injected such lipid-shelled microbubbles into a synthetic capillary and sonicated using continuous ultrasound. The microbubbles formed clusters at a quarter wavelength apart owing to radiation forces. We observed cluster coalescence and translation towards the capillary wall. To study acoustic cavitation, we designed and built a scientific instrument combining a pulsed laser and a high-intensity focussed ultrasound transducer, capable of nucleating at precise locations. The cavitation dynamics were recorded using highspeed cameras. At high acoustic intensities, interacting cavitation clouds were formed. Microbubbles under sonication have been observed to create transient pores in adjacent cell membranes. This so called sonoporation has been associated with highly non-linear bubble phenomena. We observed lipid-shelled microbubbles near cancer cells under quasi-continuous low-amplitude sonication. Typically within a second of sonication, microbubbles were seen to enter the cells and dissolve. This new explanation of sonoporation was verified using high-speed photography and confocal fluorescence microscopy. If drug and genes can be successfully coupled to acoustically active vehicles, sonoporation might revolutionise non-invasive therapy as we know it.

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Lisle-Taylor, S. C. "Cavitation performance of pumped hydrocarbons". Thesis, Cranfield University, 1997. http://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/9676.

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Herbert, Eric. "Cavitation acoustique dans l'eau pure". Paris 7, 2006. http://www.theses.fr/2006PA077185.

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Abstract (sommario):

Tout liquide peut être surchauffé ou détendu au delà de sa courbe d'ébullition. Il est dans un état métastable, jusqu'à ce qu'une bulle de vapeur apparaisse, c'est le phénomène de cavitation. L'étude de la limité de métastabilité renseigne sur la cohésion du liquide et sur son équation d'état. Le cas de l'eau est spécialement intéressant : des théories concurrentes prédisent des variations en température de cette limite qualitativement différentes : monotone (la pression de cavitation augmente avec la température), ou avec un minimum. Nous mettons l'eau sous tension à l'aide d'uni onde ultrasonore, émise par une céramique piézo-électrique hémisphérique. L'onde est focalisée pendant une courte durée et dans un petit volume loin de toute paroi, ce qui minimise l'influence d'éventuelles impuretés. Nous obtenons des résultats très reproductibles, permettant de mesurer la statistique de cavitation et de définir précisément son seuil dans différents types d'eaux. La céramique est calibrée de deux manières : avec des hydrophones à aiguille, et avec une méthode basée sur la variation de la pression statique du liquide. Les deux méthodes sont en accord et donnent une pression de cavitation monotone de -26 MPa à 0°C à -16 MPa à 80°C. Cela fait partie des pressions les plus négatives observées dans l'eau mais reste loin de la valeur théorique attendue (environ -120 MPa) et observée dans une seule expérience (Zheng et al. , 1991, Science 254, 829). Nous discutons les causes possibles de ce désaccord : il peut être du soit à la présence d'impuretés, dont nous discutons la nature et la concentration, soit à une courbure inattendue de l'équation d'état aux pressions très négatives
Any liquid can be superheated or stretched beyond its boiling curve. It will then remain in a metastable state, until a vapor bubble appears : this is the cavitation phenomenon. The study of the metastability limit gives information about the cohesion of the liquid and its equation of state. The case of water is of special interest ; indeed competiting theories predict qualitatively different temperature variations of the stability limit : either monotonic (the cavitation pressure increase with temperature), or with a minimum. We have stretched water with an ultrasonic wave, generated by a hemispherical piezoelectric ceramic, duting a short time and a small volume, far from any wall, which reduces the effect of impurities. We obtain very accurate and reproducible results, allowing u to study in details the statistic of cavitation and to define a cavitation thresold. The ceramic was calibrated using two independent methods : needle hydrophones, and a method based on the variation of the static pressure. Both of them lead to the same result. We find a monotically increasing cavitation pressure, from -26 MPa at 0°C to -16 MPa at 80°C. These values are among the most negative reported, but far away from the values expected theoritically (-120 Mpa), and observed only once (Zheng et al. , 1991, Science 254, 829). We discuss the possible origin of this discrepancy : it can be due either to the presence of impurities in the liquid, whose nature and concentration we discuss, or to an unexpected change in the equation of state of water at large negative pressures

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Hankey, S. E. "Cavitation erosion of WC-Co". Master's thesis, University of Cape Town, 1987. http://hdl.handle.net/11427/21135.

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Abstract (sommario):

Bibliography: pages 68-70.
An investigation involving the vibratory cavitation erosion of WC-Co alloys was undertaken in order to determine the mechanisms of material removal. Nineteen grades of WC-Co alloys were studied. These alloys had been previously characterised according to microstructural and mechanical properties. Further characterisation by way of Young's modulus and density of the materials was undertaken. An investigation of the i nfluence of various parameters on cavitation erosion established a binder content dependence on erosion. For two grain sizes, erosion was found to increase to a maximum at 12 vo1-% binder content (1.8 μm grain size) and 23 vol-% binder (2.8 μm grain size). The main mode of material removal was found to be cobalt removal followed by WC grain pull-out. In high binder content alloys, cobalt removal was predominant with little loss of WC grains. X-ray diffraction showed that the allotropic phase transformation of the binder under cavitational attack was beneficial to the erosion resistance of these alloys. The erosion of low binder content alloys was controlled by the contiguity of the WC skeleton. Maximum erosion occurred at binder contents which corresponded to the combination of a fragile WC skeleton and a small volume of available cobalt for strain induced transformation.

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Lesko, Timothy Michael McKoy Vincent. "Chemical effects of acoustic cavitation /". Diss., Pasadena, Calif. : California Institute of Technology, 2004. http://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-04262004-184449.

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He, Bingrong. "An investigation of cavitation thresholds /". Search for this dissertation online, 2004. http://wwwlib.umi.com/cr/ksu/main.

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Li, Shengcai. "Cavitation associated low-frequency fluctuation". Thesis, University of Warwick, 1990. http://wrap.warwick.ac.uk/108599/.

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Abstract (sommario):

This self-guided thesis presents the research results of the Cavitation Associated Low-frequency Fluctuation, i. e. one part of the long-term research project on Statistical Characteristics of Cavitation Bubble Collapse Pulses. Associated Low-frequency Fluctuations and Flow Noise which was initiated and carried out by the author in USA. China and UK successively over last 9 years. The background and the objectives of the long-term project is introduced in the thesis through a broad review of the development of the cavitation research in the fields relevant to the project. Then, the observed phenomenon of Cavitation Associated Low-frequency Fluctuation in the venturi cavitating flow of the University of Michigan ( USA ) is explained in detail. A one-dimensional linear physical model based on the theorem of the interaction between the cavitation cloud of the homogeneous liquid-vapour/gas mixture and the surrounding liquid portion in the flow system is proposed to describe the mechanism of the phenomenon. The appearance of this low-frequency fluctuation is an association nature of the cavitating flow, which could be regarded as an alternatively indirect indicator of cavitation inception especially in such sort of cavitating flow systems. When the natural frequencies for both the cavitation cloud and the surrounding liquid portion coincide, the low- frequency pressure fluctuation component reaches its maximum, which is defined as Cavitation Resonance. A numerical verification of the frequency response characteristics, using the hydraulic impedance approach, of this venturi system is presented as well. The knowledge of the cavitation associated low-frequency fluctuation acquired from the study of the venturi cavitating flow has been used to analyze the phenomenon of the pressure fluctuations associated with the cavitating flows in the hydraulic machinery systems such as the HL-160-25 ( Francis ) Hydraulic Turbine System (draft-tube cavitating flow). The results are also briefly presented.

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Pineda, Rondon Saira Freda. "Numerical prediction of cavitation erosion". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC031/document.

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Abstract (sommario):

La cavitation peut avoir lieu dans les turbines hydrauliques. Ce phénomène se produit lorsque les bulles de vapeur s’effondrent à proximité de la surface de la machine. Ceci entraîne des conséquences négatives, telles que l’érosion, affectant ainsi les performances de la machine. L’effondrement d’une bulle de gaz non-condensable dans l’eau est simulé en utilisant la méthode sans maillage SPH-ALE, qui intègre un modèle pour simuler les écoulements compressibles et multiphases. Le modèle résout les équations de conservation de masse, de quantité de mouvement et d’énergie du système d’Euler, en utilisant l’équation d’état de Stiffened Gas pour l’eau et l’équation d’état de gaz parfait pour le gaz non-condensable à l´ıntérieur de la bulle. Les deux phases sont modélisées comme compressibles et le changement de phase n’est pas considéré. La caractéristique sans maillage de la méthode SPH-ALE permet le calcul des écoulements diphasiques où l’interface est nettement définie. Pour les applications de cavitation, où le nombre de Mach atteint des valeurs de 0.5, la distribution de particules doit être corrigée. Cela est réalisé grâce à la fonctionnalité ALE. Le modèle compressible a été validé à l’aide de configurations monodimensionnelles, comme le cas du tube à choc pour des écoulements monophase et multiphases. L’effondrement de la bulle près d´une paroi a été abordé comme le mécanisme fondamental qui produit des dégâts. Son comportement général se caractérise par la formation d’un micro jet d’eau et par l’effondrement de la bulle sur elle-même. Le phénomène est analysé en tenant compte des principaux paramètres qui le régissent, comme la distance initiale entre le centre de la bulle et la paroi (H0), la taille de la bulle (R0) et le taux de pression qui entraîne l’effondrement (pw/pb). Il est démontré que l’intensité de l’effondrement dépend principalement du rapport de pression entre le liquide et la bulle (pw/pb). De plus, quatre indicateurs, comme la pression en paroi, l’impulsion, la pression du coup de bélier et la vitesse du micro jet d’eau, servent à déterminer le chargement. Cette analyse indique qu’une bulle initialement située à une distance inférieure à H0/R0 = 2 présente un haut potentiel d’endommagement. Afin de prédire cet endommagement, la mécanique du solide est analysée à l’aide de simulations d’interaction fluide-structure. On obtient que le matériau réagit aux charges hydrauliques en ayant des zones de compression et de traction. Ceci suggère qu’un mécanisme de fatigue entraîne le phénomène d’endommagement. En plus, on constate que les contraintes les plus importantes sont situées sous la surface du matériau, indiquant que cette zone peut être sujette à une déformation plastique
Hydraulic turbines can experience cavitation, which is a phenomenon occurring when vapor bubbles collapse in the vicinity of the machine’s surface. This phenomenon can lead to negative consequences, such as erosion, that affect the machine’s performance. The compression of a non-condensable gas bubble in water is simulated with the Smoothed Particle Hydrodynamics method following the Arbitrary Lagrange Euler approach (SPHALE), where a compressible and multiphase model has been developed. The model solves the mass, momentum and energy conservation equations of the Euler system using the Stiffened Gas EOS for water and the ideal gas EOS for the non-condensable gas inside the bubble. Both phases are modeled as compressible and the phase change is not considered. The meshless feature of the SPH-ALE method allows the calculation of multiphase flows where the interface is sharply defined. For cavitation applications, where the Mach number reaches values of 0.5, the distribution of particles must be corrected, which is achieved by the ALE feature. The compressible model was validated through monodimensional configurations, such as shock tube test cases for monophase and multiphase flows. The bubble compression close to the wall has been addressed as the fundamental mechanism producing damage. Its general behavior is characterized by the formation of a water jet and by the collapse of the bubble by itself. The phenomenon is analyzed by considering the major parameters that govern the bubble collapse dynamics, such as the initial distance between the bubble center and the wall (H0), the bubble size (R0), and the collapse driven pressure ratio (pw/pb). It is shown that the intensity of the collapse depends mainly on the pressure ratio between the liquid and the bubble (pw/pb). As well, four indicators, such as the pressure at the wall, the impulse, the water-hammer pressure and the water jet velocity, are used to determine the loading. This analysis gives that the bubble initially located at a distance lower than H0/R0 = 2 presents high potential to cause damage. In order to predict the damage due to the bubble collapse, the solid mechanics is analyzed through fluid-structure interaction simulations. It is obtained that the material reacts to the hydraulic loads by having compression and traction zones, suggesting that a fatigue mechanism drives the damage phenomenon. Additionally, it is found that the highest stresses are located below the material surface, indicating that this zone may reach plastic deformation

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Lafond, Maxime. "Confocal Ultrasound for the Potentiation of Chemotherapy by Ultrasonic Cavitation without External Nucleation Agents". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1243/document.

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Abstract (sommario):

Le cancer est reconnu comme l'un des principaux enjeux de santé actuels. Même si de grands progrès ont été réalisés dans ce domaine, les effets systémiques des chimiothérapies et le caractère invasif des procédures actuelles de potentialisation (agents physiques) sont autant d'éléments limitants. Les ultrasons se démarquent néanmoins par leur faible morbidité. Appliqués de façon extracorporelle, ils peuvent pénétrer en profondeur dans les tissus et y induire effets thermiques et mécaniques, incluant entre autres la cavitation. La cavitation peut se définir comme la formation et l'oscillation de bulles dans le milieu de propagation. Il a été montré de potentiels bénéfices de ce mécanisme dans la potentialisation d'agents thérapeutiques. Bien que la génération de cavitation puisse être aidée par l'ajout d'agents de nucléation extérieurs, le travail présenté ici s'en affranchit afin de rendre la procédure plus versatile. Des simulations ont montré qu'un dispositif ultrasonore basé sur deux faisceaux confocaux permettait des conditions favorables à l'obtention de cavitation dans ces conditions. De plus, études in vivo ont montré l'innocuité du phénomène en regard de la stabilité de la doxorubicine, des effets histologiques sur tissus sains ainsi que sur l'éventuelle diffusion métastatique. L'efficacité du traitement combiné n'a en revanche pas pu être démontrée. Pour investiguer la combinaison de chimiothérapie avec de la cavitation stable, une stratégie de régulation est mise en place. Bien que la synergie ait pu être démontrée in vitro, l'étude préclinique ne permet pas de conclure sur l'effet in vivo. Dans l'hypothèse d'un défaut de localisation du nuage de cavitation, une méthode de localisation spatiale est mise en place et validée
Cancer is recognized as one of the major health issues of this beginning century. Even if great achievements have been performed, chemotherapies induce systemic toxicity and combinable physical agents are invasive. Ultrasound has shown a great potential as an external physical agent. Applied extracorporeally, it can penetrate in depth in tissue and induce various biological effects, mechanical of thermal. Notably, cavitation, which is the formation and oscillatory motion of bubbles in a media, has effects providing the possibility to enhance the delivery of chemotherapeutic agents. This effect can be induced in biological tissues by using external nucleation agents such as ultrasound contrast agents. However, to avoid diffusion issues, this work focuses on cavitation without external nucleation agents. For this purpose, a particular setup based on two confocal transducers was designed. Simulations showed its advantages for cavitation applications. A developed preclinical device demonstrated the safety of using unseeded inertial cavitation for the potentiation of doxorubicin (DOX) regarding the drug stability, the effect on healthy tissues and the metastatic spreading. Unfortunately, no effect of combining inertial cavitation with DOX in could have been demonstrated in vivo. To investigate stable cavitation phenomenon, a control process was developed. It permitted to evidence in vitro the synergistic interaction between DOX and stable cavitation. Again, preclinical studies were not able to prove this synergy in vivo. To assess the correct tissue exposures to stable cavitation, a localization method was developed and validated

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Guilleumas, Montserrat. "Nucleation and cavitation in liquid helium". Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 1995. http://hdl.handle.net/10803/667593.

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Abstract (sommario):

Las transiciones de fase no siempre ocurren bajo condiciones de equilibrio. Un fluido puede ser conducido a un estado metastable. A pesar de ser internamente estable, existe otra configuración con un potencial termodinámico menor, por tanto energéticamente más favorable y a la cual tenderá el sistema. Esta transición está bloqueada por una barrera termodinámica que puede ser superada con resultado de la formación y crecimiento de pequeños nucleos de la nueva fase estable en la fase metastable. Este proceso se llama nucleación (formación de gotas en un vapor sub-enfriado) o cavitacion (burbujas en un líquido sobre-calentado). En esta tesis hemos estudiado los fenómenos de cavitación y nucleación en helio dentro del marco de la teoria del funcional de la densidad. Primero hemos estudiado la activación térmica en 3He y 4He puros y en las mezclas 3He-4He, estimando la presión a partir de la cual tiene lugar la transición de fase. Para los sistemas puros hemos estudiado también la activación cuántica a muy bajas temperaturas, estimando la temperatura de transición entre ambos regímenes.

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Zhou, Zhi-ang. "Gas nucleation and cavitation in flotation". Thesis, McGill University, 1996. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40477.

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Abstract (sommario):

The role of gas nucleation and cavitation in flotation has been systemically studied. It was shown theoretically that about a 10 m high recovery zone is required to ensure at least one collision between a particle less than 10 $ mu$m and a bubble, under conventional column flotation conditions, indicating that the collision is the rate limiting step for fine particle flotation. Direct formation of small bubbles on the hydrophobic particle surfaces and in slurry by gas nucleation and cavitation has, therefore, been exploited as a way to accelerate the fine particle collection rate.
Experimentally, the existence of gas nuclei in water was demonstrated from coagulation, sedimentation and filtration tests of fine coal (d$ sb{50} approx 5 mu$m) and silica (d$ sb{50} approx 3.5 mu$m) particles. Small bubbles are generated, from the expansion of the pre-existing gas nuclei, by hydrodynamic cavitation induced by flow of liquid through a nozzle at a velocity of 8-15 m/s, depending on nozzle diameter and length. This velocity of bubble initiation is reduced 5-7 m/s when the liquid is gas-supersaturated. Surfactants do not affect the on-set of bubble formation by cavitation, but increase the amount of bubbles formed. The addition of a small amount of hydrophobic particles in gas-supersaturated systems increases the quantity of bubbles generated, while the presence of hydrophilic particles reduces bubble formation.
Dissolved air (or carbon dioxide) flotation of fine silica (d$ sb{50} approx 1.6 mu$m) has shown that recovery increases with the slurry flow velocity, regardless of the saturation pressures applied (102-310 kPA). Releasing the gas-supersaturated slurry into a solution gives a higher recovery than releasing the gas-supersaturated slurry into a slurry. These observations suggest that bubble nucleation is a better mechanism for enhancing particle collection compared with the direct particle-bubble contact.
Flotation results using a newly designed flotation reactor indicate that adding a cavitation tube and a small amount of air in the feed stream increases recovery significantly, and that bubbles formed by hydrodynamic cavitation play a role in improving flotation kinetics, even in the absence of added gas in the stream.

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Moule, R. T. "Cavitation erosion in a corrosive environment". Thesis, Coventry University, 1986. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.374256.

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Lloyd, James G. "The cavitation phenomenon in nonlinear elasticity". Thesis, University of Bath, 2013. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.589654.

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Abstract (sommario):

This thesis studies the phenomenon of cavitation in nonlinear elasticity. In Chapter 2 we study the problem of cavitation in a ball of elastic material which is subjected to a radial dead-load on its boundary. We show that the rotationally symmetric equilibrium solution, in which a spherical cavity forms at the centre of the deformed ball, cannot be a global energy minimiser. This is achieved by proving the existence of a related axisymmetric homogeneous equilibrium with less energy (our arguments are related to the Rivlin instability in incompressible materials). In Chapter 3 we develop new necessary conditions for radially symmetric equilibria to be strong local minimisers of the energy. In Chapters 4 and 5 we study cavitation at, or near, the boundary of an elastic body. In Chapter 4 we consider cavitation occurring near the boundary of an elastic body occupying a half-space in its reference configuration. We show that the energy of such an equilibrium can be further lowered by moving the point of cavitation further away from the boundary. In Chapter 5, we prove existence of energy minimisers in classes of deformations which allow cavitation to occur at a boundary point.

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Villeneuve, Randall A. (Randall Alan). "Effects of viscosity on hydrofoil cavitation". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1993. http://hdl.handle.net/1721.1/17325.

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Abstract (sommario):

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Ocean Engineering, 1993, and Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1993.
Includes bibliographical references (leaves 118-120).
by Randall A. Villeneuve.
M.S.

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