Дисертації: "CFD - Dynamique des fluides computationnelle"

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Xie, Xiaomin. "Investigation of Local and Global Hydrodynamics of a Dynamic Filtration Module (RVF Technology) for Intensification of Industrial Bioprocess." Thesis, Toulouse, INSA, 2017. http://www.theses.fr/2017ISAT0020/document.

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Анотація:

Cette thèse porte sur la compréhension et le contrôle des interactions dynamiques entre les mécanismes physiques et biologiques en considérant un procédé alternatif de séparation membranaire pour les bioprocédés industriels. L’objectif premier est un apport de connaissances scientifiques liées à la maîtrise de la bioréaction en considérant l'hydrodynamique complexe et les verrous rétention-perméation. Une technologie de filtration dynamique, appelée Rotating and Vibrating Filtration (RVF), a été spécifiquement étudiée. Elle se compose de cellules de filtration en série comprenant deux membranes circulaires planes fixées sur des supports poreux au voisinage d'un agitateur à trois pales planes attachées à un arbre central. Ce dispositif mécanique simple fonctionne en continu et génère une contrainte de cisaillement élevée ainsi qu'une perturbation hydrodynamique dans un entrefer étroit (pale-membrane). Les verrous scientifiques et techniques qui motivent ce travail, sont la caractérisation et la quantification (i) des champs de vitesse locaux et instantanés, (2) des contraintes pariétales de cisaillement à la surface de la membrane et (3) l'impact mécanique sur les cellules microbiennes.Dans ce but, des expériences et des simulations numériques ont été réalisées pour étudier l'hydrodynamique à des échelles globales et locales, en régimes laminaire et turbulent avec des fluides newtoniens dans des environnements biotique et abiotique. Pour l'approche globale, la distribution des temps de séjour (RTD) et le bilan thermique ont été réalisés et comparés aux précédentes études globales (courbes de consommation de puissance et de frottement). Une étude analytique des fonctions de distribution a été effectuée et les moments statistiques ont été calculés et discutés. Une analyse systémique a été utilisée pour décrire les comportements hydrodynamiques du module RVF. En combinant la simulation des écoulements (CFD) et les observations (RTD), les conditions et les zones de dysfonctionnement des cellules de filtration sont éclairées. Pour l'approche locale, la vélocimétrie laser (PIV) a été réalisée dans les plans horizontaux et verticaux et comparée à la simulation numérique (CFD). Une étude préliminaire basée sur une synchronisation entre la prise d’image et la position de l’agitateur (résolution angulaire) a permis d’accéder aux champs de vitesse moyens. Une campagne de mesure PIV a été réalisée sans synchronisation afin d’appliquer une décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD) pour 'identifier les composantes moyennes, organisées et turbulentes des champs de vitesse (énergie cinétique). Pour l'application aux bioprocédés, un travail exploratoire a caractérisé l'effet de la filtration dynamique sur des cellules procaryotes (E. coli) en quantifiant l'intégrité cellulaire ou leur dégradation en fonction du temps et de la vitesse de rotation
This thesis focuses on the understanding and the control of dynamic interactions between physical and biological mechanisms considering an alternative membrane separation into industrial bioprocess. It aims to carry scientific knowledge related to the control of bioreaction considering complex hydrodynamics and retention-permeation locks specific to membrane separation. A dynamic filtration technology, called Rotating and Vibrating Filtration (RVF), was investigated. It consists of filtration cells in series including two flat disc membranes fixed onto porous substrates in the vicinity of a three-blade impeller attached to a central shaft. This simple mechanical device runs continuously and generates a high shear stress as well as a hydrodynamic perturbation in the narrow membrane-blade gap. Several scientific and technical locks motivating this work are to characterize and to quantify (i) the velocity fields locally and instantaneously, (2) the shear stresses at membrane surface and (3) the mechanical impact on microbial cells.To this end, experiments and numerical simulations have been performed to investigate the hydrodynamics at global and local scales under laminar and turbulent regimes with Newtonian fluids under biotic and abiotic environment. For global approach, investigation of Residence Time Distribution (RTD) and thermal balance was carried out and compared to the previous global study (power consumption and friction curves). Analytical study of distribution functions was conducted and statistical moments were calculated and discussed. A systemic analysis was used to describe the hydrodynamic behaviors of the RVF module. Combining Computational Fluid Dynamics (CFD) and RTD observations, it leads to demonstrate dysfunctioning conditions and area. For the local approach, Particle Image Velocimetry (PIV) was be carried out in both horizontal and vertical planes and compared to CFD simulation. PIV preliminary study was conducted with a trigger strategy to access through angle-resolved measurements to an averaged velocity field. PIV further study were performed with a non-trigger strategy and applied to Proper Orthogonal Decomposition (POD) analysis in order to identify the coherent structure of the flow by decomposing the organized and turbulent fluctuations. For the bioprocess application, an exploratory work characterized the effect of Dynamic Filtration on prokaryote cell population (Escherichia coli) by quantifying cell integrity or damage as a function of time and rotation speed during filtration process in turbulent regime

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Elqotbi, Mohammed. "Application de la dynamique des fluides (CFD) à la modélisation d'un bioréacteur gaz-liquide." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10023.

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Анотація:

Ce travail, dans sa progression méthodologique, vise la validation et la mise en oeuvre de la contribution que peut apporter la dynamique des fluides, théorique et surtout numérique, aux procédés de fermentation en cuve agitée. Son apport dans d’autres domaines où coexistent écoulements et transformations de matières ne cessent de susciter de plus en plus d’intérêt. La description fine de l’évolution du contenu d’un réacteur propose en fin de compte le scénario à venir lors de l’exploitation industrielle de l’opération étudiée. Ce mémoire présente donc une approche de ce type pour l’activité dans un réacteur lors d’une fermentation. Le mélange multiphasique en écoulement avec ses échanges interphasiques et particulièrement ici l’aspect réactif de celui-ci font l’objet d’une intégration progressive conduisant à un modèle de «fermentation numérique». Une analyse statistique du volume de données recueillies lors du déroulement d’une telle opération, permet d’en évaluer plus d’une caractéristique, et d’en tirer des informations utiles tant pour son élaboration lors de l’étude du procédé lui même que pour l’accompagnement de l’exploitation productive de celui-ci. L’étude et la compréhension des interactions et des cinétiques de transfert en milieu hétérogène permettront de maîtriser aussi le comportement des molécules aux interfaces et d’en tirer profit pour la mise au point de bio-séparations des produits obtenus. La souplesse de l’outil informatique initie la compétition de cette méthode d’évaluation par simulation d’un procédé, avec la réalité elle-même du procédé pratiqué jusqu’à présent à travers le modèle de laboratoire ou le modèle-pilote largement plus coûteux sur plus d’un plan. Les méthodes numériques adaptées à ce type de problèmes se sont bien développées ces dernières décennies et le matériel supportant le calcul lui-même ne cesse de se mettre à la portée des modestes moyens d’acquisition. La réaction biologique, à l’instar de la réaction chimique aura donc la possibilité de tirer quelques profits de ce moyen d’étude non intrusif et sans dommages économiques ou même écologiques
This work, in its methodological progression, aims at validating and implementing the fluid dynamics contribution, both theoretical and numerical, to the fermentation processes in agitated vessels. Indeed, its contribution in other engineering fields, where material flows and transformations coexist, could arouse additional deep interest. The detailed description of the evolution of the reactor contents in the final analysis proposes the pattern that is realized during the industrial exploitation of the studied operation. The thesis thus presents an approach to a reactor performance during fermentation. Combining multiphase flow with its, inter-phase mass transfer kinetics and particularly with the reactive aspect of the latter is the subject of progressive integration leading to a model of "numerical fermentation". A statistical analysis over the bulk data collected in the course of such an operation allow to evaluate more than one characteristic, and to draw much useful information not only for the study in the stage of development of the process but also for the support of its productive exploitation. The flexibility of the data-processing tool thus developed initiates competition between this evaluation method for process simulation and the reality itself as far as such processes practised so far through laboratory models or pilot models are largely more expensive at more than one plane. The numerical methods adapted to such type of problems developed well in the last decade and the material that supports the calculation itself do not exclude employment of some modest means of acquisition. Not unlike chemical reaction engineering, biological reaction engineering would thus have the possibility to benefit of this nonintrusive technique of study excluding any economic or even ecological damage. -----------------------

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Elqotbi, Mohammed. "Application de la dynamique des fluides (CFD) à la modélisation d'un bioréacteur gaz-liquide." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10023/document.

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Ce travail, dans sa progression méthodologique, vise la validation et la mise en oeuvre de la contribution que peut apporter la dynamique des fluides, théorique et surtout numérique, aux procédés de fermentation en cuve agitée. Son apport dans d’autres domaines où coexistent écoulements et transformations de matières ne cessent de susciter de plus en plus d’intérêt. La description fine de l’évolution du contenu d’un réacteur propose en fin de compte le scénario à venir lors de l’exploitation industrielle de l’opération étudiée. Ce mémoire présente donc une approche de ce type pour l’activité dans un réacteur lors d’une fermentation. Le mélange multiphasique en écoulement avec ses échanges interphasiques et particulièrement ici l’aspect réactif de celui-ci font l’objet d’une intégration progressive conduisant à un modèle de «fermentation numérique». Une analyse statistique du volume de données recueillies lors du déroulement d’une telle opération, permet d’en évaluer plus d’une caractéristique, et d’en tirer des informations utiles tant pour son élaboration lors de l’étude du procédé lui même que pour l’accompagnement de l’exploitation productive de celui-ci. L’étude et la compréhension des interactions et des cinétiques de transfert en milieu hétérogène permettront de maîtriser aussi le comportement des molécules aux interfaces et d’en tirer profit pour la mise au point de bio-séparations des produits obtenus. La souplesse de l’outil informatique initie la compétition de cette méthode d’évaluation par simulation d’un procédé, avec la réalité elle-même du procédé pratiqué jusqu’à présent à travers le modèle de laboratoire ou le modèle-pilote largement plus coûteux sur plus d’un plan. Les méthodes numériques adaptées à ce type de problèmes se sont bien développées ces dernières décennies et le matériel supportant le calcul lui-même ne cesse de se mettre à la portée des modestes moyens d’acquisition. La réaction biologique, à l’instar de la réaction chimique aura donc la possibilité de tirer quelques profits de ce moyen d’étude non intrusif et sans dommages économiques ou même écologiques
This work, in its methodological progression, aims at validating and implementing the fluid dynamics contribution, both theoretical and numerical, to the fermentation processes in agitated vessels. Indeed, its contribution in other engineering fields, where material flows and transformations coexist, could arouse additional deep interest. The detailed description of the evolution of the reactor contents in the final analysis proposes the pattern that is realized during the industrial exploitation of the studied operation. The thesis thus presents an approach to a reactor performance during fermentation. Combining multiphase flow with its, inter-phase mass transfer kinetics and particularly with the reactive aspect of the latter is the subject of progressive integration leading to a model of "numerical fermentation". A statistical analysis over the bulk data collected in the course of such an operation allow to evaluate more than one characteristic, and to draw much useful information not only for the study in the stage of development of the process but also for the support of its productive exploitation. The flexibility of the data-processing tool thus developed initiates competition between this evaluation method for process simulation and the reality itself as far as such processes practised so far through laboratory models or pilot models are largely more expensive at more than one plane. The numerical methods adapted to such type of problems developed well in the last decade and the material that supports the calculation itself do not exclude employment of some modest means of acquisition. Not unlike chemical reaction engineering, biological reaction engineering would thus have the possibility to benefit of this nonintrusive technique of study excluding any economic or even ecological damage. -----------------------

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Ahmed, Ahmed Sabry Eltaher. "High-performance cooling of power semiconductor devices embedded in a printed circuit board." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2024. http://www.theses.fr/2024ISAL0100.

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Анотація:

L'intégration de dispositifs semi-conducteurs de puissance dans un circuit imprimé (PCB) est une solution prometteuse pour réduire les éléments parasites des circuits, simplifier le packaging des dispositifs et réduire les coûts. Cependant, la réduction continue de la taille des puces semi-conductrices, combinée à la faible conductivité thermique des couches diélectriques des PCB nécessitent des solutions de gestion thermique plus efficaces. Les solutions de gestion thermique et de refroidissement doivent offrir une faible résistance thermique entre la jonction de la puce et son environnement, et être capables de gérer une densité de puissance élevée au niveau de la puce sans dépasser la limite supérieure de la température de jonction de la puce. La plupart des dispositifs en silicium sont limités à 175°C. L'objectif de cette thèse est d'atteindre une densité de puissance de 1000 W/cm² sans dépasser la limite de température de jonction de 175°C. Cet objectif est contraint par d'autres considérations telles que la faible consommation d'énergie, la taille et le poids, la haute fiabilité, le faible coût et un entretien minimal. Enfin, les solutions de refroidissement étudiées ici doivent être compatibles avec les processus de fabrication des PCB et la technologie d'intégration, car nous visons à les appliquer aux puces intégrées dans les PCB. Dans ce projet de recherche, deux solutions de gestion thermique sont étudiées. Tout d'abord, un dissipateur de chaleur en graphite avec une haute conductivité thermique (1300 W/(m.K) dans le plan, et 15 W/(m.K) hors plan) est intégré dans le PCB. Deuxièmement, une solution d'extraction de chaleur basée sur la technique de refroidissement par jet d'eau impactant est mise en œuvre pour collecter la chaleur à la surface du PCB. Pour la solution de dissipation de chaleur, les valeurs des résistances thermiques jonction-environnement et jonction-boîtier (RthJA et RthJC, respectivement), des variantes de PCB avec des diodes et des puces MOSFET intégrées, sont réduites jusqu'à 38 % pour RthJA et 30 % pour RthJC, d'après les mesures. Pour la solution d'extraction de chaleur, le refroidisseur à jet d'eau (JIC) présenté réduit expérimentalement RthJA de 33 % par rapport à une plaque froide conventionnelle. Le coefficient de transfert de chaleur effectif (HTC) du JIC est calculé par simulations et s'élève à environ 43 kW/(m².K) avec une chute de pression de 9,7 kPa. Cette performance permet d'atteindre une densité de puissance de 865 W/cm² sans dépasser la limite de température de jonction de 175°C. Augmenter la conductivité thermique de la couche isolante par un facteur de 10 permettra d'atteindre 993 W/cm² (très proche de l'objectif de 1000 W/cm²)
The integration of power semiconductor devices within a printed circuit board (PCB) stack is a promising solution to reduce circuit parasitics, simplifying device packaging, and lowering costs. However, the continuous reduction in the chip size of the semiconductors, combined with the low thermal conductivity of the dielectric layers of PCBs, present more thermal challenges, and require more efficient thermal management solutions. The thermal management and cooling solutions must offer low thermal resistance between the chip junction and its environment and be capable of handling a high-power loss density at the chip level without exceeding the upper limit of the chip junction temperature. Most silicon devices are limited to 175°C to account for the temperature limits of packaging materials. The ultimate goal of this thesis is to achieve a power-loss density of 1000 W/cm² without exceeding the junction temperature limit of 175°C. This goal is constrained by other considerations such as low power consumption, compact size and weight, high reliability, low cost, and minimal maintenance. Finally, the cooling solutions studied here must be compatible with PCB manufacturing processes and embedding technology, as we aim to apply them to chips integrated into PCBs. In this research project, two thermal management solutions are studied. First, a graphite heat spreader with high thermal conductivity (1300 W/(m.K) in-plane, and 15 W/(m.K) cross-plane) is integrated into the PCB stack. Second, a heat extraction solution based on water jet impingement cooling technique is implemented to collect heat at the PCB surface. For the heat spreading solution, the junction-to-ambient and junction-to-case thermal resistances values (RthJA and RthJC, respectively) of the PCB variants with embedded diodes and MOSFET chips, are reduced by up to 38 % in RthJA and 30 % in RthJC. For the heat extraction solution, the presented water jet cooler (JIC) experimentally reduces RthJA by 33% compared to a conventional cold plate. The effective heat transfer coefficient (HTC) of the JIC is calculated through simulations and found to be about 43 kW/(m².K) with a pressure drop of 9.7 kPa. This performance allows achieving a power loss density of 865 W/cm² without exceeding the junction temperature limit of 175°C. Increasing the thermal conductivity of the isolation layer by 10 times will allow to reach 993 W/cm² (very close to the target of 1000 W/cm²)

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Perron, Christian, and Christian Perron. "Étude CFD des effets du désalignement et du cisaillement sur les performances et le chargement des hydroliennes." Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26178.

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Le développement des hydroliennes se base souvent sur des conditions d'écoulement idéalisées qui ne reflètent pas entièrement le courant présent sur un site réel. Dans cette optique, ce mémoire investigue l'effet d'un écoulement non aligné ou cisaillé sur les performances et le chargement de deux types d'hydrolienne : les hydroliennes à rotor axial (HRA) et à aile oscillante (HAO). Cette étude est réalisée à l'aide de simulations numériques et les résultats démontrent que pour les deux types d'hydrolienne, le désalignement produit une réduction de la puissance et de la traînée, tandis que le cisaillement n'a qu'un effet de second ordre sur ces derniers. Le chargement additionnel sur la structure de support causé par des conditions d'écoulement non idéal est aussi similaire pour les deux technologies. Le désalignement et le cisaillement affectent cependant plus significativement le chargement en fatigue des pales de l'HRA que celui de l'aile de l'HAO.
Le développement des hydroliennes se base souvent sur des conditions d'écoulement idéalisées qui ne reflètent pas entièrement le courant présent sur un site réel. Dans cette optique, ce mémoire investigue l'effet d'un écoulement non aligné ou cisaillé sur les performances et le chargement de deux types d'hydrolienne : les hydroliennes à rotor axial (HRA) et à aile oscillante (HAO). Cette étude est réalisée à l'aide de simulations numériques et les résultats démontrent que pour les deux types d'hydrolienne, le désalignement produit une réduction de la puissance et de la traînée, tandis que le cisaillement n'a qu'un effet de second ordre sur ces derniers. Le chargement additionnel sur la structure de support causé par des conditions d'écoulement non idéal est aussi similaire pour les deux technologies. Le désalignement et le cisaillement affectent cependant plus significativement le chargement en fatigue des pales de l'HRA que celui de l'aile de l'HAO.
The development of hydrokinetic turbines is often based on idealized flow conditions which do not fully refect river or tidal currents. In this regard, this thesis investigates the effect of non-aligned or sheared flows on the performances and loading of two turbine types: the axial rotor (ART) and oscillating foil (OFT) turbines. This study was conducted with unsteady numerical simulations and the obtained results show that for both turbine types, misalignment produces a reduction in power and thrust, while the shear has a limited effect on those quantities. The additional loading on the support structure caused by the non-idealized flow is also similar for both devices. However, misalignment and shear affect more severely the fatigue loading on ART blades than they do for OFT.
The development of hydrokinetic turbines is often based on idealized flow conditions which do not fully refect river or tidal currents. In this regard, this thesis investigates the effect of non-aligned or sheared flows on the performances and loading of two turbine types: the axial rotor (ART) and oscillating foil (OFT) turbines. This study was conducted with unsteady numerical simulations and the obtained results show that for both turbine types, misalignment produces a reduction in power and thrust, while the shear has a limited effect on those quantities. The additional loading on the support structure caused by the non-idealized flow is also similar for both devices. However, misalignment and shear affect more severely the fatigue loading on ART blades than they do for OFT.

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Wacheul, Jean-Baptiste. "Étude de la fragmentation de métal liquide en chute libre dans un environnement visqueux : application à la formation des planètes." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0184.

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L'accrétion de planètes telluriques comme la Terre se déroule par collisions successives entre proto-planètes déjà différenciées en un manteau de silicate et un noyau de fer. Le résultat de ces impacts est un écoulement diphasique qui est la dernière occasion pour les deux composants principaux des planètes de partiellement se mélanger. Afin d'étudier les conditions des échanges diffusifs de chaleur et d'éléments chimiques dans cet écoulement, nous avons fait des expériences sur un système de fluide analogue. Le fer liquide est représenté par un alliage de gallium et l'océan de magma est représenté par un liquide visqueux. Les vidéos de la chute d'un sphéroïde de métal liquide dans le fluide visqueux sont analysées par ordinateur pour en extraire la dynamique de l'écoulement post-impact .La température du métal liquide avant et après sa chute est mesurée dans le but d'analyser les conditions des échanges diffusifs entre les deux phases intégrées sur toute la chute. Nous montrons que la dilution du diapir produit par l'entrainement de fluide ambiant au cours de sa chute suit l'hypothèse d'entrainement turbulent. La fragmentation du métal liquide est caractérisée par la mesure de la distance de fragmentation, par la mesure du rayon moyen des gouttes produites en fonction du rayon initial du diapir et par la mesure de la distribution des tailles de goutte. La distribution est donnée par une fonction de Bessel. Les données sur la dynamique, sur la fragmentation et sur la température sont ensuite utilisées pour tester les différents modèles d'équilibration entre les deux phases
The accretion of terrestrial planets like Earth proceeds partly by impacts of proto-planets already differentiated in a silicate mantle and an iron core. Those impacts result in a two phase flow where the two main components of the planets partially mix for the last time. In order to study the conditions of diffusive transfer of heat and elements during this flow, we have performed experiments using an analog system of fluids. A gallium alloy is used to represent the molten iron core and a viscous fluid is used to represent the molten silicatemantle. Video recordings of the fall of liquid metal spheroids through the viscous fluid areanalyzed as a way to study the dynamics of the post impact flow. Measurements of the temperature of the liquid metal before and after its fall are performed in order to probe the conditions of the diffusive transfer between the two phases integrated along the fall.The diapir is found to dilute by entraining ambient fluid during its fall in a manner thatis well described by the entrainment hypothesis. The fragmentation of the liquid metal is quantified in terms of the break up distance, the mean radius of the droplets as a function of the spheroid’s initial radius andthe distribution of sizes of the droplets. The mean radius of the droplets is marked by the large scale falling speed which we interpret as a sign of a continuous break up process. The distribution of sizes is given by a Bessel function. The data on the dynamics, on the fragmentation and on the temperature are then used to test the existing thermal equilibration models between the two phases

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Boutet-Blais, Guillaume. "Numerical Study of the Ingestion Phenomenon in a Turbine Rim Seal : CFD Validation and Real Engine Assessment." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28935/28935.pdf.

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Charbonnier, Dominique. "Développement d'un modèle de tensions déterministes instationnaires adapté à la simulation de turbomachines multi-étagées." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2004. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/dcharbonnier.pdf.

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Les phénomènes physiques rencontrés en turbomachines sont généralement tridimensionnels et instationnaires. Une étude récente montre qu'une simulation stationnaire tridimensionnelle est capable de reproduire les phénomènes instationnaires moyennés en temps, si les équations du champ stationnaire intègrent des tensions déterministes. L'objectif de cette thèse est donc de développer un modèle pour les tensions déterministes instationnaires. L'analogie avec la turbulence permet d'écrire des équations de transport pour ces tensions. Les équations sont emplantées dans un code de calcul stationnaire et un modèle pour les flux d'énergie déterministes est également développé et implanté. Ce travail montre que la résolution d'équations de transport de tensions déterministes dans une simulation stationnaire permet de prendre en compte les effets instationnaires moyennés et n'augmente le temps de calcul que d'environ 30 %, ce qui reste très performant par rapport à une simulation instationnaire
The pysical phenomena observed in turbomachines are generally three-dimensional and unsteady. A recent stuyd revealed that a three-dimensional steady simulation can reproduce the time-averaged unsteady phenomena, since the steady flow field equations integrate deterministic stresses. The objective of this work is thus to develop an unsteady deterministic stresses model. The analogy with turbulence makes it possible to write transport equations for these stresses. The equations are implemented in steady flow solver and e model for the energy determinsitic fluxes is also developed and implemented. Finally, this work shows that a three-dimensional steady simulation, by taking into account unsteady effects with transport equations of deterministic stresses, increases the computing time by only approximately 30 %, which remains very interesting compared to an unsteady simulation

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Djeddou, Mokhtar. "Étude de la dynamique des polluants particulaires dans un habitacle automobile." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0231.

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La pollution de l'air, en particulier celle due aux particules fines et ultrafines, a des effets délétères considérables sur la santé humaine. Plusieurs études ont établi un lien direct entre l'exposition à la pollution particulaire et diverses maladies respiratoires et cardiovasculaires. À l'intérieur des véhicules, la menace est d'autant plus préoccupante en raison de concentrations importantes de polluants particulaires recensées. Par conséquent, l'amélioration de la qualité de l'air dans l'habitacle des véhicules est désormais une priorité majeure pour les constructeurs automobiles. Dans ce contexte, cette thèse vise à comprendre l'environnement intérieur des véhicules en caractérisant la distribution spatiale des polluants, en particulier des particules fines et ultrafines, en fonction de leur taille ainsi que de paramètres tels que la topologie de l'écoulement et le niveau de turbulence. Ces connaissances permettront notamment de cibler des solutions localisées de purification de l'air, d'optimiser l'emplacement des micro-capteurs qui équiperont de plus en plus les futurs véhicules, et de proposer des solutions pour une gestion efficace des systèmes de filtration en fonction de la répartition de ces particules et de leurs concentrations dans l'habitacle. Tout d'abord, une attention particulière a été accordée à la modélisation de l'écoulement monophasique. Deux approches de modélisation numérique ont été adoptées : l'approche RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), basée sur la résolution des champs moyens des équations de Navier-Stokes, et l'approche de simulation à grande échelle LES (Large Eddy Simulation), qui consiste à résoudre les grandes structures contenant la majeure partie de l'énergie cinétique et à modéliser la contribution des plus petites échelles. Dans le cas de l'approche RANS, divers modèles de fermeture du premier et du second ordre ont été testés et comparés. En outre, une analyse de la structure de turbulence de l'écoulement dans l'habitacle a été réalisée à l'aide de la méthode du diagramme d'anisotropie de Lumely (Anisotropy Invariant Mapping). Enfin, pour valider les résultats des modèles numériques, une campagne de mesures du champ de vitesse, basée sur la technique de l'anémométrie à fil chaud, a été menée dans l'habitacle d'une voiture de type SUV. Ensuite, la dynamique des polluants particulaires dans l'habitacle de la voiture a été étudiée à l'aide du modèle DIM (Diffusion-Inertia Model). Ce modèle eulérien de diffusion inertielle des particules permet de prendre en compte différents mécanismes de transport, notamment le transport par le champ moyen, l'effet des forces volumiques (i.e. la gravité), la déviation des particules par rapport aux lignes de courant du fluide (effets centrifuges), la diffusion brownienne et turbulente, et la turbophorèse ou le transport par les gradients d'énergie cinétique turbulente. Le modèle a d'abord été validé sur des configurations standard telles que la dispersion dans des enceintes ventilées de petite échelle, le dépôt dans des coudes circulaires à 90°, ainsi que dans le cas du transport de particules dans un jet rond. Le modèle a ensuite été appliqué à la simulation du transport de particules à l'intérieur d'un véhicule à grande échelle. L'influence de la taille des particules sur les champs de concentration internes a d'abord été analysée. Ensuite, l'influence de la présence de passagers a été étudiée. Enfin, une campagne de mesures de la concentration de particules dans l'habitacle a été réalisée afin d'évaluer la pertinence du modèle diphasique. Cette étude a permis le développement d'un modèle complet de simulation de la dispersion des polluants particulaires dans un habitacle en fonction de conditions de ventilation et de caractéristiques des particules
Air pollution, especially that caused by fine and ultrafine particles, has significant deleterious effects on human health. Several studies have established a direct link between exposure to particulate pollution and various respiratory and cardiovascular diseases. Within vehicles, the threat is even more concerning due to the significant concentrations of particulate pollutants recorded. Therefore, improving air quality inside vehicle cabins is now a major priority for automotive manufacturers. In this context, this study aims to understand the interior environment of vehicles by characterizing the spatial distribution of pollutants, particularly fine and ultrafine particles, as a function of their size and parameters such as flow topology and turbulence level. This knowledge will be crucial for targeting localized air purification solutions, optimizing the placement of the micro-sensors that will equip future vehicles, and providing solutions for the more effective management of filtration systems as a function of the distribution and concentrations of these particles in the car cabin. First, special attention was devoted to modeling the single-phase flow. Two numerical modeling approaches have been adopted: the RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) approach, based on solving the mean flow fields of the Navier-Stokes equations, and the LES (Large Eddy Simulation) approach, which involves solving the large structures containing the major part of the kinetic energy and modeling the contributions of the smaller scales. In the case of the RANS approach, various closure models, of first- and second-order, have been tested and compared. Furthermore, the turbulence structure of the flow inside the car cabin has been analyzed using Lumley's Anisotropy Invariant Mapping method (AIM). Finally, to validate the results of the numerical models, a velocity field measurement campaign, based on hot-wire anemometry technique, was conducted inside the cabin of an SUV-type car. Next, the dynamics of particulate pollutants in the car cabin was studied using the Diffusion-Inertia Model (DIM). This Eulerian model of inertial particle diffusion takes into account various transport mechanisms, including transport by the mean field, the effect of volume forces (i.e., gravity), particle deviation from fluid streamline (centrifugal effects), Brownian and turbulent diffusion, and turbophoresis or transport by turbulent kinetic energy gradients. The model was first validated on standard configurations such as dispersion in small-scale ventilated enclosures, deposition in 90° circular bends, and particle transport in a round jet flow. The model was then applied to simulate particle transport inside a large-scale vehicle. The influence of particle size on internal concentration fields was first analyzed. Then, the influence of passenger presence was studied. Finally, a particle concentration measurement campaign was conducted in the cabin to assess the relevance of the two-phase model. This study has led to the development of a complete model for simulating the dispersion of particulate pollutants inside a car cabin based on ventilation conditions and particle characteristics

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Steinmann, Thomas. "Métrologie optique en dynamique des fluides appliquées à l'écologie physique des insectes." Thesis, Tours, 2017. http://www.theses.fr/2017TOUR4050/document.

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La capacité à percevoir des courants dans un fluide s'est développée chez de nombreuses espèces animales, dans des contextes écologiques très variés qui couvrent aussi bien les interactions proies-prédateurs, la sélection sexuelle ou l'orientation dans un environnement. Parmi ces espèces animales, les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Ces senseurs sont considérés comme les détecteurs les plus sensibles du monde animal. Il leur suffit de capter l'énergie d'un dixième d'un photon pour déclencher un potentiel d'action au niveau du neurone sensoriel. Ce manuscrit présente à la fois le développement des outils de mesures sans contact adaptés à ces questions d'écologie sensorielle ainsi que les méthodes numériques simulant les processus physiques à l'oeuvre. L'étude du fonctionnement des senseurs a nécessité l'adaptation des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évoluent les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux entre poils a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les mesures des perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, nous ont aidé à valider des modélisations numériques, réalisées à l'aide des techniques de dynamique des fluides computationnelles (CFD) par résolution des équations de Navier Stokes via la méthode des éléments finis (FEM). La mise au point et l'utilisation de techniques de métrologie optique en dynamique des fluides semi-visqueux et l'analyse des données nous permettent de revisiter la sensibilité extrême du système sensoriel du grillon et de placer ces mesures dans un contexte plus large, d'écologie sensorielle. En particulier, nous montrons que ces soies sont placées en groupe compact et exercent entre elles un fort couplage aérodynamique visqueux, qui réduit fortement leur sensibilité "de groupe". Ce fort couplage interroge l'intérêt d'avoir des récepteurs aussi performants individuellement, s'ils perdent leur sensibilité lorsqu'ils fonctionnent en réseau. Finalement, les réactions des poils à des mouvements de fluides générés par un piston mimant les attaques réelles d'araignées ont pu être déterminées à l'aide d'une caméra rapide, puis simulées et validées après avoir développé un modèle mécanique du poil répondant à des stimuli transitoires
Flow sensing is used by a vast number of animals in various ecological contexts, from preypredator interactions to mate selection, and orientation to flow itself. Among these animals, crickets use hundreds of filiform hairs on two cerci as an early warning system to detect remote potential predators. Over the years, the cricket hairs have been described as the most sensitive sensor in the animal kingdom. The energy necessary for the emission of an action potential by its sensory neuron was estimated to be a tenth of the energy of a photon. This PhD thesis aims to describe recent technological advances in the measurement and model of flows around biological and artificial flow sensors in the context of organismal sensory ecology. The study and understanding of the performance of sensory systems requires a high spatial precision of non-intrusive measurement methods. Thus, non-contacting measurement methods such as and Particle Image Velocimetry (PIV), originally developed by aerodynamics and fluid mechanics engineers, have been used to measure flows of biological relevance. The viscous oscillatory boundary layer surrounding filiform hairs has been visualized and used as input to model the mechanical response of these hairs, described as second order mechanical systems. The viscous hydrodynamic coupling occurring within hair canopy was also characterized using PIV measurements on biomimetic micro-electro-mechanical systems (MEMS) hairs, mimicking biological ones. Using PIV, we have also measured the air flow upstream of hunting spiders. We prove that this flow is highly conspicuous aerodynamically, due to substantial air displacement detectable up to several centimeters in front of the running predator. This disturbance of upstream air flows were also assessed by computational fluid dynamics (CFD) with the finite elements method (FEM). The development of non-intrusive measurement and CFD methods and their application to the analysis of the biological flow involved in cricket sensory ecology allowed us to revisit the extreme sensitivity of cricket filiform hairs. We predicted strong hydrodynamic coupling within natural hair canopies and we addressed why hairs are packed together at such high densities, particularly given the exquisite sensitivity of a single hair. We also proposed a new model of hair deflection during the arrival of a predator, by taking into account both the initial and long-term aspects of the flow pattern produced by a lunging predator. We conclude that the length heterogeneity of the hair canopy mirrors the flow complexity of an entire attack, from launch to grasp

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Khallaki, Kaoutar. "Analyse numérique des mécaniques d'intensification du transfert thermique par promoteurs de tourbillons dans les échangeurs à tubes ailetés." Valenciennes, 2006. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/a058154b-2a0c-4692-a6e8-df40778d3325.

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Ce mémoire concerne l'amélioration des transferts thermiques dans les échangeurs de chaleur compacts à tubes et à ailettes planes continues. Dans ce travail, on étudie numériquement la topologie de l'écoulement et son influence sur le transfert thermique. Les effets de la variation de l'espacement inter-ailettes et de la vitesse frontale de l'écoulement sont analysés. Les résultats sont comparés et validés avec des essais expérimentaux aux niveaux dynamique et thermique. On montre que l'écoulement dans ce type d'échangeurs se caractérise par la présence de tourbillons en " fer à cheval " en amont des tubes qui augmentent le transfert thermique et qui interagissent avec la zone du sillage à l'aval des tubes qui est une zone de faibles échanges
This work is related to the heat transfer enhancement in compact finned tube heat exchangers. We study numerically the flow topology and its influence on heat transfer. The effects of fin spacing and velocity inlet variation are examined. Results are compared and validate with dynamic and thermal experimental measurements. This study shows that the flow in finned tube heat exchangers is characterised by the presence of horseshoe vortices in front of the tubes. These vortices increase the heat exchange and interact with a the dead zone located at the downstream of the tubes which is a region of a low heat transfer. Then, we propose an innovative technique of heat transfer intensification in continuous fin and tube heat exchangers by inserting vortex generators on fins

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Koueni, Toko Anicet Christian. "Etude des champs dynamique et thermique dans une enceinte semi-ventilée en convection naturelle." Rouen, 2016. http://www.theses.fr/2016ROUES054.

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Ce travail étudie expérimentalement et numériquement, les champs thermique et dynamique produits par une source linéaire de chaleur placée à la base d’une enceinte parallélépipédique en contact avec l’extérieur par l’intermédiaire de deux ou quatre ouvertures rectangulaires identiques. Deux enceintes M1 et M2, de rapports d’aspect respectifs H/L= 2,46 et 0,82, ont été successivement étudiées pour trois situations géométriques différentes. Dans les cas 11 et 12, l’enceinte M1 présente respectivement deux ouvertures symétriques localisées au bas de l'enceinte ou quatre ouvertures, deux situées au niveau du plancher et deux au niveau du plafond. Dans le cas 21, les deux ouvertures de l’enceinte M2 sont situées symétriquement au bas de l'enceinte. La source de chaleur peut être alimentée selon deux modes : puissance par unité de longueur constante ou température constante pour lesquels elle se comporte respectivement comme un système du premier ou du second ordre. Les études expérimentales ont été réalisées pour les cas 11, 12 et 21, en situations instationnaire et stationnaire, en mesurant les champs de température moyenne au sein de l’enceinte au moyen de thermocouples et le champ vertical des différences de pression statique à l’aide de capteurs de pression placés en parois. Les études numériques ont été menées par DNS pour les cas 11 et 12 en considérant que la source de chaleur est à température constante. L’approche analytique a été limitée au cas stationnaire d’un modèle à zones dans lesquelles la température est constante ou varie linéairement avec l’altitude. Dans le mode puissance par unité de longueur constante, les résultats expérimentaux montrent qu’avant d’atteindre un état stationnaire, le remplissage thermique de l’enceinte est contrôlé par la constante de temps de la source. Dans les cas 11 et 21, selon la valeur du rapport d’aspect, le panache peut rester centré ou dévié dès le début du chauffage ou après un certain temps vers une des parois latérales. De même, la région supérieure peut être homogène en température ou stratifiée et les écoulements présents aux ouvertures peuvent être symétriques ou dissymétriques. Le cas 21 présente une similarité avec celui de la « filling box » de Baines et Turner (1969) uniquement dans la phase initiale de chauffage. Dès que l’intérieur de l’enceinte est chauffé, les modifications de pression statique induisent des échanges gazeux avec l’extérieur qui se traduisent par un chauffage de la région située autour du panache. Dans le mode température constante, dans le cas 11, le panache reste centré en raison de l’effet stabilisant de ce mode de chauffage. Cette situation fait que ce cas est très similaire au cas 21. Dans le cas 12, la hauteur neutre se retrouve très rapidement à z/H=0,6 ce qui favorise l’entrée d’air extérieur au niveau des ouvertures basses et la sortie de l’air chaud par les ouvertures hautes. La zone basse de l’enceinte est peu chauffée et la zone supérieure est homogène en moyenne en température. Les comparaisons entre les champs de température et de différence de pression statique obtenus en situations stationnaires expérimentalement et numériquement montrent accord plus satisfaisant dans le cas 11 que dans le cas 12
We examine in this work from an experimental and numerical point of view, both the transient and stationary behaviour of the thermal and dynamical fields in a naturally ventilated space in presence of a heated line source located at the basis of the volume. Two rectangular boxes M1 and M2 with aspect ratios H/L= 2. 46 and 0. 82 are successively considered. These volumes are connected to the exterior either via two openings at the bottom (case 11 and 21) or via two openings at the bottom and two openings at the top (case 12). The heated line source is operated either in the constant power per unit length or in the constant temperature modes for which it can be considered as a first order or a second order system respectively. Experimental studies were performed by measuring temperature by means of thermocouples and static pressure differences using pressure sensors located on the lateral walls. The numerical studies were performed by DNS for cases 11 and 12, considering that the heat source is at a constant temperature. The analytical approach was limited to the stationary case of a zone model in which, in each zone, temperature is constant or varies linearly with height. In the constant power per unit length case, experimental results show that the time evolution of the filling box is controlled by the time constant of the line source. In cases 11 and 21, depending on the value of the aspect ratio, the plume is centred or displaced towards one of the lateral walls. Similarly, the upper region is found to be homogeneous in temperature or stratified and flows at the openings are observed symmetrical or dissymmetrical. In the constant temperature mode, in case 11 the plume stays centred due to the stabilizing effect of this heating mode. In case 12, the neutral height is located at z/H=0. 6 resulting in inflow through the lower openings and outflow through the upper openings. The lower region is at low temperature and the upper zone is homogeneous in temperature. Results obtained in case 21 are very similar to those of the filling box, Baines and Turner (1969) only during the initial phase. As soon as the inner volume is heated, changes of the static pressure induce inflows in the volume and inner recirculation resulting in heating of the region outside the plume. Comparisons between fields of mean temperature and static pressure differences obtained in stationary situations experimentally, numerically and analytically show a better agreement in case 11 that in case 21

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Wang, Lianfa. "Improving the confidence of CFD results by deep learning." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2024. http://www.theses.fr/2024UPSLM008.

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La dynamique des fluides numérique (CFD) s’est imposée depuis plusieurs années comme un outil indispensable pour l’étude des phénomènes d’écoulement complexes en recherche et en industrie. La précision des simulations CFD dépend de plusieurs paramètres – géométrie, maillage, schémas, solveurs, etc. – ainsi que de connaissances phénoménologiques que seul un ingénieur expert en CFD peut configurer et optimiser. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer un assistant IA pour aider les utilisateurs, qu’ils soient experts ou non, à mieux choisir les options de simulation et à garantir la fiabilité des résultats pour un phénomène d’écoulement cible. Dans ce cadre, des algorithmes d’apprentissage profond sont explorés pour identifier les caractéristiques des écoulements calculés sur des maillages structurés et non structurés de géométries complexes. Dans un premier temps, des réseaux de neurones convolutifs (CNN), réputés pour leur capacité à extraire des motifs sur des images, sont utilisés pour identifier des phénomènes d’écoulement tels que les tourbillons et la stratification thermique sur des maillages structurés en 2D. Bien que les ré-sultats obtenus sur maillages structurés soient satisfaisants, les réseaux CNN ne peuvent être appliqués qu’à ce type de maillage. Pour surmonter cette limitation, un cadre de réseau neuronal basé sur les graphes (GNN) est proposé. Ce cadre utilise l’architecture U-Net et une hiérarchie de graphes successivement déraffinés grâce à la mise en oeuvre d’une méthode multigrille (AMG) inspirée de celle utilisée dans le code de simulation Code_Saturne. Par la suite, une étude ap-profondie des fonctions à noyau a été menée selon des critères de précision d’identification et d’efficacité d’entraînement pour mieux filtrer les différents phénomènes sur maillages non structurés. Après avoir comparé des fonctions à noyau disponibles dans la littérature, une nouvelle fonction à noyau basée sur le modèle de mélange gaussien a été proposée. Cette fonction est mieux adaptée à l’identification de phénomènes d’écoulement sur des maillages non structurés. La supériorité de l’architecture et de la fonction à noyau proposées est démontrée par plusieurs expériences numériques d’identification des tourbillons en 2D, ainsi que par son adaptabilité à l’identification des caractéristiques d’un écoulement en 3D
Computational Fluid Dynamics (CFD) has become an indispensable tool for studying complex flow phenomena in both research and industry over the years. The accuracy of CFD simulations depends on various parameters – geometry, mesh, schemes, solvers, etc. – as well as phenomenological knowledge that only an expert CFD engineer can configure and optimize. The objective of this thesis is to propose an AI assistant to help users, whether they are experts or not, to better choose simulation options and ensure the reliability of results for a target flow phenomenon. In this context, deep learning algorithms are explored to identify the characteristics of flows computed on structured and unstructured meshes of complex geometries. Initially, convolutional neural networks (CNNs), known for their ability to extract patterns from im-ages, are used to identify flow phenomena such as vortices and thermal stratification on structured 2D meshes. Although the results obtained on structured meshes are satisfactory, CNNs can only be applied to structured meshes. To overcome this limitation, a graph-based neural network (GNN) framework is proposed. This framework uses the U-Net architecture and a hierarchy of successively refined graphs through the implementation of a multigrid method (AMG) inspired by the one used in the Code_Saturne CFD code. Subsequently, an in-depth study of kernel functions was conducted according to identification accuracy and training efficiency criteria to better filter the different phenomena on unstructured meshes. After comparing available kernel functions in the literature, a new kernel function based on the Gaussian mixture model was proposed. This function is better suited to identifying flow phenomena on unstructured meshes. The superiority of the proposed architecture and kernel function is demonstrated by several numerical experiments identifying 2D vortices and its adaptability to identifying the characteristics of a 3D flow

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Fillola, Guillaume. "Étude expérimentale et simulations numériques d'écoulements autour des surfaces mobiles de voilure." Toulouse, ENSAE, 2006. http://www.theses.fr/2006ESAE0006.

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La prédiction des forces aérodynamiques et des moments de charnière induit par le déploiement des ailerons et des spoilers est un point crucial dans le processus global de dimensionnement d’un avion avec un fort impact sur son poids ﬁnal. Ce travail de thèse propose d’évaluer la capacité des méthodes numériques basées sur les équations RANS à prédire ces effets de braquages de surfaces mobiles. Il s’appuie pour cela sur deux études. La première vise à caractériser le comportement d’un proﬁl supercritique équipé d’un aileron ou d’un spoiler. Une campagne d’essai en soufﬂerie est ainsi menée afin de constituer une base de validation à des simulations numériques tridimensionnelles incluant les parois de la veine de soufflerie. La deuxième étude a pour but d’appliquer la CFD sur des conﬁgurations industrielles représentant un fuselage/voilure équipée d’une gouverne braquée afm de mettre en place un processus susceptible d’être intégré dans le processus de développement d’un avion. Dans ce cadre, les méthodes Chimère et Patched Grid sont mises en œuvre pour faciliter le processus de maillage. De même, une méthode de déformation de maillage est développée afin de simuler aisément plusieurs braquages d’aileron.

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Outtier, Pierre-Yves. "Architecture novatrice de code dynamique : application au développement d'un solveur compact d'ordre élevé pour l'aérodynamique compressible dans des maillages recouvrants." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0029.

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L'utilisation de schémas numériques d'ordre élevé est généralement restreinte à des applications de recherche mettant en jeu des phénomènes physiques complexes mais des géométries simples à l'aide de maillages Cartésiens ou faiblement déformés. Il existe une demande pour une nouvelle génération de codes industriels ayant une précision accrue. Dans ce travail, nous avons été amenés à répondre à la question générale sur la façon de concevoir l'architecture d'un code CFD pouvant prendre en compte une variété de configurations géométriquement complexes, restant assez simple et permettant facilement l'implantation de nouvelles idées (méthodes numériques, modèles) avec un effort de développement minimal, et utilisant des schémas numériques d'ordre élevé ainsi que des modèles physiques avancés. Cela a nécessité des choix innovants en termes de langages de programmation, structure de données et stockage, et sur l'architecture de code, choix qui vont au-delà du simple développement d'une famille spécifique de schémas numériques. Une solution (code DynHoLab) alliant les langages Python et Fortran est proposé avec les détails sur les concepts à la base de l'architecture du code. Les méthodes numériques implantées dans le code sont validées sur des cas-tests de complexité croissante, démontrant en passant la variété des physiques et géométries actuellement réalisables avec DynHoLab. Puis, basé sur ce code, ce travail présente un moyen de gérer des géométries complexes tout en augmentant le degré de précision des méthodes numériques. Afin d'appliquer les régimes d'ordre élevé RBC à des géométries complexes, la stratégie actuelle consiste en une mise en œuvre multi-domaine sur des maillages recouvrants
High-order numerical schemes are usually restricted to research applications, involving highly complex physical phenomena but simple geometries, and regular Cartesian or lowly deformed meshes. A demand exists for a new generation of industrial codes of increased accuracy. In this work, we were led to address the general question of how to design a CFD code architecture that: can take into account a variety of possibly geometrically complex configurations; remains simple and modular enough to facilitate the introduction and testing of new ideas (numerical methods, models) with a minimal development effort; use high-order numerical discretizations and advanced physical models. This required some innovative choices in terms of programming languages, data structure and storage, and code architecture, which go beyond the mere development of a specific family of numerical schemes. A solution mixing Python and Fortran languages is proposed with details on the concepts at the basis of the code architecture. The numerical methods are validated on test-cases of increasing complexity, demonstrating at the same time the variety of physics and geometry currently achievable with DynHoLab. Then, based on the computational framework designed, this work presents a way to handle complex geometries while increasing the order of accuracy of the numerical methods. In order to apply high-order RBC schemes to complex geometries, the present strategy consists in a multi-domain implementation on overlapping structured meshes

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Sarkar, Prasanta. "Simulation de l'érosion de cavitation par une approche CFD-FEM couplée." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI016/document.

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Ce travail de recherche est dédié à la compréhension des mécanismes physiques de l’érosion de cavitation dans un fluide compressible à l’échelle fondamentale de l’implosion d’une bulle de cavitation. Suite à l’implosion d’une bulle de vapeur à proximité d’une surface solide, des très hautes pressions sont générées. Ces pressions sont considérées responsables de l’endommagement (érosion) des surfaces solides observé dans la plupart des applications. Notre approche numérique démarre avec le développement d’un solveur compressible capable de résoudre les bulles de cavitation au sein du code volumes finis YALES2 en utilisant un simple modèle de mélange homogène des phases fluides. Le solveur est étendu à une approche ALE (Arbitraire Lagrangien Eulérien) dans le but de mener des simulations d’interaction fluide-structure sur un maillage mobile. La réponse du matériau solide est calculée avec le code de calcul éléments finis Cast3M, et nous a permis de mener des simulation avec un couplage d’abord monodirectionnel, ensuite bidirectionnel, entre le fluide et le solide. On compare des résultats obtenus à deux dimensions, puis à trois, avec des observations expérimentales. On discute les chargements de pression estimés, et les réponses de différents matériaux pour des implosions de bulle à des différentes distances de la surface. Enfin, à travers l’utilisation de simulations avec couplage bidirectionnel entre fluide et solide, on identifie l’amortissement des chargements de pression pour les différents matériaux
This research is devoted to understanding the physical mechanism of cavitation erosion in compressible liquid flows on the fundamental scale of cavitation bubble collapse. As a consequence of collapsing bubbles near solid wall, high pressure impact loads are generated. These pressure loads are believed to be responsible for the erosive damages on solid surface observed in most applications. Our numerical approach begins with the development of a compressible solver capable of resolving the cavitation bubbles in the finite-volume solver YALES2 employing a simplified homogenous mixture model. The solver is extended to Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation to perform fluid structure interaction simulation with moving mesh capabilities. The material response is resolved with the finite element solver Cast3M, which allowed us to perform one-way and two-way coupled simulations between the fluid and solid domains. In the end, we draw comparisons between 2D and 3D vapor bubble collapse dynamics and compare them with experimental observations. The estimated pressure loads on the solid wall and different responses of materials for attached and detached bubble collapses are discussed. Finally, the damping of pressure loads by different materials is identified with two-way coupled fluid-structure interaction

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Younsi, Mohand. "Aéroacoustique et aérodynamique instationnaire, numérique et expérimentale des ventilateurs centrifuges à action." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003220.

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Les ventilateurs centrifuges à action dits « à cage d'écureuil » sont largement utilisés dans diverses applications. Ces machines sont caractérisées par des écoulements complexes fortement décollés et présentent des rendements aérodynamiques assez médiocres. Cette thèse concerne la prédiction numérique, la mise en oeuvre et l'analyse expérimentale du comportement aérodynamique instationnaire et aéroacoustique des ventilateurs centrifuges à action. Les travaux réalisés ont consisté en la simulation numérique des écoulements internes fortement tridimensionnels observés dans ces ventilateurs. Ces simulations numériques de type URANS effectuées sur différents débits de fonctionnement ont été validées expérimentalement. La validation expérimentale a concerné les grandeurs globales de l'écoulement (performances aérodynamiques), les grandeurs locales (fluctuations de pression pariétale) et les grandeurs acoustiques obtenues en champ libre et lointain. D'autre part, les essais expérimentaux ont contribué à valider une récente modélisation de la turbulence basée sur l'approche SAS. Outre la validation des modèles numériques utilisés dans les simulations, l'étude expérimentale couplée à d'autres calculs numériques appliqués à plusieurs prototypes de ventilateurs a permis de contribuer à l'optimisation des performances aérodynamiques et aéroacoustiques de ce type de machine. Ainsi, d'une géométrie à une autre, l'influence d'un certain nombre de paramètres géométriques constructifs a été évaluée.

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Ramanathan, Krishnan Adithya. "Explicit algebraic subfilter scale modeling for DES-like methods and extension to variable density flows." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0117.

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Dans cette thèse, l’objectif est d’améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d’un modèle à l’échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation, aboutissant au modèle hybride explicite algébrique EAHSM. Le travail de validation est réalisé pour l'écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et l'écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des écoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l’EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogène, en stratification stable
The aim of this work is to improve the predictive capabilities of hybrid RANS/LES methods HRLM through the development of a subfilter scale model which considers an explicit algebraic relation for the non-isotropic turbulent subfilter stress and turbulent scalar fluxes, contributing to the improvement of the safety analysis concerning hydrogen hazards. Firstly, an Explicit Algebraic Reynolds Stress Model EARSM is developed using the direct solution method and calibrated with Menter's BSL model for incompressible flows in a RANS framework. Secondly, the EARSM model is extended to seamless HRLM specifically in the framework of Equivalent-Detached Eddy Simulation, arriving at the Explicit Algebraic Hybrid Stress Model EAHSM. The calibration of the model constant is performed on the decay of isotropic turbulence. The validation is performed against the DNS data available in the literature for the fully developed Channel flow at a moderate friction Reynolds number of 550 and flow in a square pipe at a friction Reynolds number of 600. Finally, assuming the Boussinesq approximation to be valid, the developed EARSM and the EAHSM models are extended to slightly variable density flows. Following the direct solution of the implicit algebraic relationships, the explicit algebraic model for both the Reynolds stresses and the scalar flux is obtained in a RANS framework which leads to the Explicit Algebraic Scalar Flux Model(EASFM). An effective iterative solution method is used to treat the nonlinearity of the coupled expressions for the algebraic relations. The EASFM is extended to the framework of seamless HRLM. The behaviour of the models is assessed for stably stratified flows

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Dumas, Thibault. "Écoulements de liquide dans un empilement de sphères : expérimentation locale et simulation fine à l'échelle d'un pore." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2006. http://www.theses.fr/2006INPL094N/document.

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La première partie de ce travail a porté sur la mesure du gradient de vitesse et la direction de l'écoulement local de liquide dans un empilement de sphères. Cette étude a été menée grâce à des micro-électrodes tri-segmentées implantées à la paroi de sphères supports. Ces expériences originales ont en particulier permis de caractériser les recirculations dans le pore suivant les conditions opératoires. La seconde partie a porté sur la simulation numérique de ce même écoulement local. Un écoulement monophasique dans une géométrie complexe représentant exactement le milieu poreux a été simulé. Ces simulations ont été confrontées aux expériences; l'accord est satisfaisant, surtout à faible vitesse. L'inadéquation des modèles de turbulence usuels a été montrée dans notre cas. Enfin, des mesures par Vélocimétrie Laser Doppler ont montré l'intérêt de cette technique, bien que des améliorations soient nécessaires pour obtenir des résultats exploitables sur l'ensemble du milieu
The first part of this work deals with local measurement of flow direction and velocity gradients in a structured packing of spheres. Tri-segmented micro-electrodes flush mounted at the wall of supporting spheres are used for the measurements. Among other results, these original experiments allowed to charatcerize the flow recirculation within the pore.In the second part, the local liquid flow in the packing was numerically computed. More specifically, the local flow of liquid in a complex geometry was modelled and simulated. Numerical results are in agreement with experiments, especially for low flow rates. Usual turbulence models were shown to be inappropriate for the present case. Finally, some Laser Doppler Velocimetry measurements were carried out and showed the interesting potential of this technique, but improvements are yet to be made to get velocities in the bulk of the bed

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Valle, Medina Maria Elena. "Modélisation des décanteurs secondaires : étude en mécanique des fluides numériques de la dynamique de la sédimentation des boues activées." Thesis, Strasbourg, 2019. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2019/VALLEMEDINA_MariaElena_2019_ED269.pdf.

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Le procédé à boues activées conventionnel est le plus utilisé pour traiter les eaux usées urbaines. La biomasse (boues activées) croît et forme des flocs biologiques qui doivent être séparés de l'eau traitée. Cette opération s'effectue généralement par gravité dans un clarificateur. Les particules de boues activées sont sujettes à différents comportements de décantation, selon leurs propriétés. La simulation des clarificateurs est probablement le domaine d'application le plus développé de la mécanique des fluides numérique appliquée au traitement des eaux usées. Cependant, l’ensemble des mécanismes de sédimentation ne sont pas toujours représentés de manière complète. Le présent travail a consisté dans un premier temps en l’ajout du mécanisme de compression en tant que terme de second ordre dans l'équation différentielle aux dérivées partielles décrivant la sédimentation de la boue. Les paramètres du modèle ainsi modifié ont fait l’objet d’une identification basée sur des données expérimentales acquises en système fermé. Ensuite, des simulations d’un clarificateur à taille réelle ont permis de valider le modèle sur la base des hauteurs de voiles de boues mesurées et des profils de vitesse des particules. Les petites installations de traitement sont caractérisées par des conditions d’entrée très dynamiques (variations de débits, cycles de marche/arrêt). Ainsi, le modèle validé a été utilisé pour simuler ces conditions particulières de fonctionnement
The conventional activated sludge process is the most widely used process for treating urban wastewater. Biomass (activated sludge) grows and forms biological flocs that must be separated from the treated water. This is usually performed by gravity in a clarifier. Activated sludge particles are subject to different settling processes, depending on their properties. Clarifier simulation is probably the most developed field of application for computational fluid dynamics applied to wastewater treatment. However, all sedimentation mechanisms are not always fully represented. This work began by adding the compression mechanism as a second-order term in the partial differential equation describing sludge sedimentation. The parameters of the modified model were identified based on experimental data from a closed system. Then, simulations of a full-scale clarifier allowed the model to be validated based on the measured sludge blanket height and particle velocity profiles. Small treatment plants are characterized by very dynamic inlet conditions (flow variations, on/off cycles). Thus, the validated model was used to simulate these operating conditions
El proceso de lodos activados convencional para el tratamiento del agua residual es el más usado para remover los contaminantes del agua residual urbana. La biomasa (lodo activado) crece y forma flocs biológicos que deben ser separados del agua tratada. Normalmente esta acción se realiza por medio de la gravedad en un sedimentador. Las partículas de lodo activado pueden someterse a diferentes comportamientos de sedimentación dependiendo de sus propiedades. La simulación de los clarificadores secundarios es probablemente el área más desarrollada para la aplicación de la mecánica de fluidos computacional en el tratamiento del agua residual. Sin embargo, no todos los mecanismos de sedimentación están siempre representados en un modelo. Este trabajo presenta la adición de la compresión como un término de segundo orden en una ecuación diferencial parcial que describe la sedimentación del lodo. La identificación de los parámetros del modelo se realizó a través de experimentos realizados en un sistema cerrado. Luego, simulaciones en un clarificador a escala real permitieron validar el modelo basándose en la medición de la altura del manto de lodos y los perfiles de velocidad de las partículas. Estaciones depurados de pequeña capacidad se caracterizan por una dinámica discontinua de las condiciones de entrada (variaciones en el caudal, ciclos de encendido/apagado). Así el modelo validado se usó para simular estas condiciones operacionales

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Fadel, Mariam. "Designing a new electrochemical cell for the study of enzyme that reduces CO2." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0491.

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Le monoxyde de carbone déshydrogénase (CODH) catalyse la réduction réversible du dioxyde de carbone par son site actif. En utilisant une méthode électrochimique appelée voltammétrie de film protéique, nous étudions le mécanisme enzymatique de CODH en immobilisant l'enzyme à une surface d'électrode de graphite où le transfert direct d'électrons est possible. Traditionnellement, pour empêcher la déplétion du substrat à l'électrode, les électrochimistes utilisent des électrodes tournantes (RDE). Cependant, comme la CODH est très active, même la RDE ne peut pas empêcher l'épuisement, ce qui masque les caractéristiques cinétiques importantes de l’enzyme. Nous ne pouvons pas résoudre le problème avec RDE, puisque nous l’utilisons déjà à la vitesse maximum. Par conséquent, nous devons concevoir une nouvelle cellule électrochimique. Pour cela, nous avons utilisé des simulations de dynamique des fluides computationnelles pour explorer diverses géométries afin d'en trouver une appropriée. Nous avons commencé par valider notre méthode numérique avec la solution théorique bien définie de la cellule réelle de RDE. Après la bonne validation, nous avons déterminé les vitesses de transport de masse au sein de plusieurs géométries et à basé sur l'optimisation des paramètres géométriques, nous avons atteint notre conception appropriée. Ce nouveau prototype a une électrode graphite uniformément accessible avec un taux de transport trois fois plus rapide que le RDE à des vitesses de solution acceptables. Nous avons construit, mis en place avec succès le système pour caractériser ses performances de transport, et trouvé un excellent accord entre les résultats numériques et expérimentaux
Carbon monoxide dehydrogenase (CODH) catalyzes the reversible reduction of carbon dioxide by its active site. Thus, CODH participates in the first step of fuel production. Using an electrochemical method called protein film voltammetry, we study the enzymatic mechanism of CODH by immobilizing the enzyme at a graphite electrode surface where direct electron transfer is possible. Traditionally, to prevent depletion of the substrate at the electrode, electrochemists use rotating electrodes (RDE). However, since CODH is very active, even RDE cannot prevent depletion, which masks the important kinetic characteristics of the enzyme and complicates the analysis of the enzymatic response.We cannot solve the problem with RDE, since we already use it at maximum speed. Therefore, we must completely change our approach and design a new electrochemical cell. For this, we used computational fluid dynamics (CFD) simulations to explore various geometries to find a suitable one. We began by validating our numerical method with the well-defined theoretical solution of the real cell of RDE. After good validation, we determined the mass transport velocities within several proposed geometries of the flow cell of hydrodynamic channel and jet electrodes. Based on the optimization of geometric parameters, we have achieved our proper design of jet electrode. This new prototype has a uniformly accessible graphite electrode with a transport rate three times faster than the RDE at acceptable solution speeds. We have successfully built and implemented the system to characterize its transport performance. We found an excellent agreement between the numerical and experimental results

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Phoemsapthawee, Surasak. "Développement d’un modèle de cavitation à poche sur hydrofoils et hélices en régimes transitoires, implémentation sur codes potentiels et validation expérimentale." Brest, 2009. http://www.theses.fr/2009BRES2028.

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Un modèle de cavitation à poche partielle a été développé et implémenté dans un code potentiel 2D stationnaire puis dans un code potentiel 3D instationnaire. L’originalité de la méthode est d’utiliser la technique des vitesses de transpiration pour simuler la présence de la poche de cavitation. Cette méthode permet une fermeture naturelle de la poche sans avoir à imposer un quelconque artifice dans le modèle ou dans la méthode de calcul. Adaptable à tout solveur de modèle d’écoulement, le modèle couplé aux codes potentiels permet, grâce à cette technique, une simulation raisonnablement rapide de l’écoulement cavitant sur un hydrofoil ou une hélice en régime d’écoulement stationnaire ou instationnaire. Le modèle a été validé par comparaison avec des essais en régime stationnaire sur un profil 2D. On retrouve numériquement les longueurs de poche observées lors des essais ainsi que les pressions mesurées. Quant à l’écoulement 3D, des résultats disponibles dans la littérature n’ont permis que la validation qualitative au niveau de la longueur de poche. Une campagne d’essais en collaboration avec le BSHC pour mesurer la portance et la traînée d’un hydrofoil a alors été effectuée avec pour objectif la validation 3D quantitative. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les mesures expérimentales et les résultats numériques, ce qui permet de conclure de façon satisfaisante quant à la validation du modèle. Finalement, des résultats de simulations instationnaires sur des hélices en régime cavitant sont présentés. Les résultats numériques montrent que la cavitation à poche partielle affecte très peu les performances hydrodynamiques de l’hélice
A partial sheet cavitation model has been developed and implemented in a steady two-dimensional potential flow code and in an unsteady three-dimensional potential flow code. This cavitation model uses the transpiration velocity technique to simulate the presence of the sheet cavitation. Neither an additional cavity closure model nor empirical parameters are required. Adaptable to every flow solver, the model allows a reasonably rapid simulation both in steady- and unsteady-state flow conditions for a hydrofoil or a propeller. The model is validated by comparing its results with experimental data in steadystate flow condition of a two dimensional hydrofoil. The numerical results agree very well with the observed cavity lengths and the measured pressure distribution. As for the threedimensional flow case, the available data in the literature allowed only the qualitative validation on the cavity length. A series of experiments in cooperation with the Bulgarian Ship Hydrodynamic Centre (BSHC) to measure the lift and drag of a hydrofoil has been then conducted for the quantitative validation of the cavitation model. The comparison results show good agreement between the experimental measurements and the numerical simulations. Finally, the cavitating propellers simulations in unsteady-state flow condition are also presented. It is shown that the partial sheet cavitation has little effect on the propeller hydrodynamic performances

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Léautaud, Vincent. "Modélisation numérique de la condensation et de l'évaporation en écoulement turbulent." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAD055.

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Ces travaux ont pour contexte de participer à l’optimisation les cycles de décontamination des salles propres en utilisant un nouveau système de décontamination. Le principe de ce système est de décontaminer un volume par condensation de vapeur de peroxyde d’hydrogène sur toutes les parois intérieures du volume. Différents modèles de condensation et d’évaporation pariétaux ont été étudiés, développés et implémentés dans un code CFD, en incluant des modèles simples ainsi que des modèles plus complexes prenant en compte la forme de la phase liquide pariétale. En parallèle, afin de valider les modèles, un dispositif expérimental d’isolateur pour la décontamination a été utilisé afin de créer une base de données expérimentale de condensation de vapeur. Enfin, la validation de ce modèle numérique a été réalisée en comparant les résultats numériques fournis par le modèle développé dans une reproduction numérique de l’isolateur expérimental avec les résultats des expérimentations
The context of this work is to contribute to the optimization of clean room decontamination cycles by using a new decontamination system. The concept of this system is to decontaminate a volume by condensing hydrogen peroxide vapour on all the inner walls of the volume. Different models of wall condensation and evaporation have been studied, developed and implemented in a CFD code, including simple models as well as more complex models taking into account the shape of the liquid phase at the wall. In parallel, in order to validate the models, an experimental isolator device for decontamination was used to create an experimental steam condensation database. Finally, the validation of this numerical model was carried out by comparing the numerical results provided by the model developed in a digital reproduction of the experimental isolator with the results of the experiments

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Mari, Raphaël. "Influence of heat transfer on high pressure flame structure and stabilization in liquid rocket engines." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/15616/1/Mari_1.pdf.

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This research work deals with the problem of the flame stabilization in the context of high pressure liquid rocket engines. Flame stabilization in a rocket engine is a critical feature. An instability can lead to important damages of the engine or the destruction of the launcher and the satellite. The engines (Vulcain 2 and Vinci) of the Ariane 5, and the future Ariane 6, use the hydrogen/oxygen propellants. One characteristic of this couple is its high specific impulse. The launcher performance is linked to the ratio of the payload to the total mass of propellants. For volume reasons the propellants are stored at low temperature of the order of a few tens of Kelvin. When injected in the combustion chamber, their combustion releases a huge amount of heat leading to temperature of 3500K. In order to predict the heat transfer between the flame, the solid injector and the cold propellants the Large Eddy Simulation, which allows to capture the unsteady features of the flow, is used in association with a thermal solver for the injector. This approach is validated with a low pressure experiment conducted at Centrale Paris, then a basic 1D configuration allows to understand the phenomena of high pressure flame-wall interaction. Finally a configuration representative of a coaxial rocket engine injector allows to evaluate the structure and the stabilization mechanisms of a cryogenic flame, the heat flux and the temperature of the injector.

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Kuidjo, Kuidjo Emmanuel Vianney. "Towards a predictive model to reproduce flow regime transitions in gas-liquid flows with Neptune CFD : from a dispersed to a separated regime." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0456.

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Dans les réacteurs nucléaires, divers régimes d’écoulement gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d’interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d’interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l’hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bi-fluide à trois champs dans Neptune CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu’à 0.5 et une emphase est mise sur la prédiction de l’aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d’écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés
In nuclear reactors, several regimes of gas-liquid flows may occur with some transitions between them. The main challenges associated with simulating these transitions in 3D CFD codes are associated with deformable interfaces of different sizes, accounting for coalescence and breakup interactions between gas structures and developing flow regime independent closure relations. This work aims at modelling and simulating the hydrodynamics of adiabatic gas-liquid flows thanks to a three-field two-fluid model in Neptune CFD. In a first step, a model with one continuous liquid field and two dispersed gas fields for small and large bubbles is used to simulate cap and churn flows with a void fraction up to 0.5 and a focus is put on the interfacial area prediction. In a second step, the second dispersed field is replaced by a hybrid continuous/dispersed field representing both large bubbles and continuous gas regions. The model is validated on several flow regimes in large diameter pipes and in confined rectangular channels

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Colas, Clément. "Formulation intégrale implicite pour la modélisation d'écoulements fluides en milieu encombré." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0555.

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Le sujet de cette thèse est la modélisation d’écoulements fluides dans des milieux encombrés d’obstacles solides. L’objectif est de proposer une approche intégrale pour la simulation numérique des écoulements dans les composants des circuits thermohydrauliques d’un réacteur nucléaire. Cette approche englobe les échelles de représentation locale et « composant », et assure, par construction, la continuité entre ces deux échelles. Elle repose sur une formulation intégrale multidimensionnelle des équations de la mécanique des fluides qui dégénère naturellement vers l'approche fluide standard de la mécanique des fluides . Sa discrétisation est réalisée avec un schéma numérique aux volumes finis collocalisé en espace et semi-implicite en temps utilisant une méthode de correction de pression. Le schéma numérique est adaptées aux écoulements faiblement compressibles et assure la positivité de la masse volumique et de l'énergie interne au niveau discret. Plusieurs cas tests numériques instationnaires ou stationnaires sont traités et montrent la capacité de l'approche intégrale à gérer des écoulements encombrés de tubes axiaux ou transverses à la direction de l'écoulement
The thesis issue is the modelling of fluid flows in congsted media by solid obstacles. The purpose is to design an integral approach reconciling the local and the component global scale for the numerical simulation of the coolant flow in the nuclear reactor components. The approcah affords the advantage of embedding the local and "component" representation scales in the same formalism, in ensuring the coherence between the two scales. This technique consists of a multidimensional integral formulation of the fluid flow governing equations allowing to naturally recover the CFD (Computational Fluid Dynamics) standard fluid approach when refining the mesh. The discretization is based on a time-implicit collocated finite volume numerical scheme using a pressure-correction algorithm. The scheme is relevant for weakly compressilbe flows and preserves the positivity of both the density and the internal energy, at the discrete level. Numerous unsteady or steady numerical tests are carried out and show the integral approach ability to simulate channel flows congested by axial or transversal rods

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Castells, Marin Pau. "Modelling and simulation of gust and atmospheric turbulence effects on flexible aircraft flight dynamics." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0061.

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La prédiction de la réponse de l’avion aux rafales et turbulence a un rôle primordial dans différentes applications. L’analyse des charges en rafale est un élément essentiel de la conception et certification des avions. L’effet des rafales et turbulence sur la dynamique de vol est également important. Avoir des modèles capables de capturer des effets significatifs dans ces conditions et pendant la phase initiale de conception permet d’anticiper et d’évaluer la réponse de l’avion et les lois de contrôle face à des perturbations atmosphériques réalistes avant des essais en vol. Ce travail propose une stratégie de modélisation afin de capturer des effets physiques pertinents lors de la simulation de la réponse de l’avion face à la rafale et la turbulence pour des analyses de dynamique de vol. Le modèle apporte de la précision pour un faible coût de calcul, ainsi qu’une cohérence avec des analyses de charges en rafales permettant une conception multidisciplinaire. L’approche est basée sur l’intégration d’un modèle non-linéaire de dynamique de vol quasistationnaire souple et un modèle aéroélastique instationnaire linéarisé autour d’un état stationnaire non-linéaire. Les forces induites par les rafales ont un impact significatif sur la dynamique de vol des avions. Des faibles temps de calcul sont nécessaires afin de couvrir plusieurs conditions de vol et paramètres de l’avion. Un modèle aérodynamique multipoint à faible coût de calcul, qui capture des effets instationnaires et de propagation des rafales, est généré à partir de calculs CFD linéarisés dans le domaine fréquentiel. Le modèle est identifié par une fonction rationnelle permettant des simulations dans le domaine temporel. Un nombre réduit d’états aérodynamiques supplémentaires est suffisant afin de capturer les principaux effets à basses fréquences pour les analyses de dynamique de vol. L’impact de la flexibilité dynamique sur la réponse est également évalué. Seuls les modes souples le plus énergétiques sont conservés afin de réduire le nombre d’états et d’assurer un faible temps de calcul. L’approche est appliquée afin de simuler la réponse verticale et latérale d’un avion de passagers face à des profils de perturbation théoriques ainsi qu’à de la turbulence atmosphérique réaliste dans différentes conditions de vol. Des effets aérodynamiques nonlinéaires, tels que des décollements locaux dus aux mouvements des ondes de choc, peuvent apparaître en conditions transsoniques. Le modèle linéarisé est capable, dans ces conditions, de capturer la réponse globale de l’avion avec des mouvements des ondes de choc à faible amplitude. Les résultats sont comparés et validés avec des simulations CFD couplées à un solveur de dynamique structurelle et de mécanique de vol. Des mesures des essais en vol sont également utilisées afin d’évaluer l’approche de modélisation. L’effet des incertitudes de la variation de turbulence en envergure de l’aile sur la réponse est analysé. Les résultats de simulation montrent que des effets aérodynamiques significatifs sont capturés dans la plage de fréquence d’intérêt pour les investigations de dynamique de vol
The prediction of the aircraft response to gust and turbulence is of major importance for different purposes. Gust load analysis is an essential part of aircraft design and certification. The effect of gust and turbulence on aircraft flight dynamics is also of interest. Models able to capture relevant effects at these conditions in early design phases are essential in order to anticipate and assess the aircraft response and flight control laws in realistic atmospheric disturbances before flight test. This work proposes a modelling strategy to capture relevant physics when simulating the aircraft response to gust and turbulence for flight dynamics investigations. The model provides accuracy at a low computational cost as well as consistency with gust loads analysis enabling multidisciplinary design. The approach is based on the integration of a nonlinear quasi-steady flexible flight dynamics model with an unsteady aeroelastic model linearized around a nonlinear steady state. The gust-induced forces have a significant impact on aircraft flight dynamics. Low computing times are required to cover several flight conditions and aircraft parameters. A computationally efficient multipoint aerodynamic model, which captures both unsteady aerodynamic and gust propagation effects, is generated from linearized Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations in the frequency domain. The model is identified through a rational function approximation allowing for time domain simulations. A reduced number of additional aerodynamic states is sufficient to capture the main effects at low frequencies for flight dynamics analysis. The impact of dynamic flexibility on the response is also evaluated. Only the most energetic flexible modes are retained to reduce the number of states and ensure a low computation time. The approach is applied to simulate the vertical and lateral response of a passenger aircraft to theoretical disturbance profiles as well as realistic atmospheric turbulence at different flight conditions. Aerodynamic nonlinear effects, such as local stalls due to shock motion, in transonic conditions may appear. The linearized model is able to capture the global aircraft response at these conditions with low amplitude shock motions. Results are compared and validated with a CFD simulation based approach, coupled with a structural dynamics and flight mechanics solver. Measures from flight test are also used to assess the modelling approach. The effect of uncertainties on the response is analysed, in terms of the turbulence variation along the wingspan. Simulation results show that relevant aerodynamic effects due to gust and turbulence are captured in the frequency range of interest for flight dynamics investigations

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Bellil, Ahmed. "Méthodologie spécifique globale de caractérisation des écoulements gaz/solides pour l'optimisation d'enceintes thermiques." Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2158/document.

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Les dysfonctionnements observés dans les enceintes de conversion thermochimique tels que les zones mortes et les courts-Circuits conduisent en général à une mauvaise valorisation de la ressource énergétique et à une pollution atmosphérique. Ils trouvent leur origine dans les conditions aérauliques au sein de ces enceintes. Ils pourront alors être évités par une meilleure maîtrise de ces écoulements. Nous proposons dans ce travail d’une part, le développement d’un nouvel outil pour la détermination de la distribution des temps de séjour de la phase solide, basé sur la luminescence de particules préalablement enrobées de pigments phosphorescents. Cette méthode systémique, optique, non intrusive et souple d’emploi a été mise en place à l’échelle laboratoire sur un banc d’essais aéraulique. D’autre part, nous avons développé un modèle numérique permettant de déterminer la distribution des temps de séjour afin de maîtriser les écoulements à la sortie des enceintes en vue de les optimiser et les extrapoler à l’échelle industrielle. Cette approche analytique est basée sur une modélisation par couplage MFN de type volumes finis du comportement d’un fluide à l’aide du Code Saturne et DEM de type éléments discrets du comportement du solide à l’aide du code SIGRAME. Enfin une confrontation de la DTS du modèle numérique avec laDTS expérimentale a été réalisée
Dysfunctions observed in thermochemical conversion reactors like dead zones and short circuits generally lead to inaccurate pricing of energy resources and air pollution. They originate in the air flow conditions in these aeraulic reactor. They can then be avoided by a better control of these flows. We propose in this work to develop a new tool for determining the distribution of residence time of the solid phase, based on the luminescence of particles previously coated with phosphorescent pigments. This optical method, non-Intrusive and flexible, has been implemented at a laboratory scale, on an aeraulic test bench.On the other hand, we have developed a numerical model allowing to determine the distribution of the residence time to master the flows at the exit of surrounding walls to optimize them and extrapolate them at the industrial scale. This analytical approach is based on a modelling by coupling MFN by finite volume types via the Code Saturn and DEM by discrete elements of the solid behavior by means of the code SIGRAME. Finally a confrontation of the DTS of the digital model with the experimental DTS has been done

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Bel, Mabrouk Imen. "Etude des effets des charges aérodynamiques sur le comportement dynamique non linéaire des éoliennes à axe vertical." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMIR17.

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Ce sujet de thèse s'intéresse à l'étude des effets des charges aérodynamiques sur le comportement dynamique non linéaire d'une éolienne à axe vertical de type Darrieus. Cette dernière présente, comparativement aux autres éoliennes, des profits très importants à exploiter, notamment dans les milieux urbains. Il s'agit d'une technologie fiable caractérisée surtout par son fonctionnement omnidirectionnel ainsi que son adaptation à tout type de vent. Généralement, ces éoliennes, ayant des phénomènes aérodynamiques complexes, sont affectées par des vibrations au niveau de leur système de transmission de puissance. En fait, ces vibrations commencent à se manifester à partir des pales du rotor jusqu'au génératrice. L'écoulement autour de ses pales présente également un fort caractère instationnaire. Cette caractéristique augmente d'avantage les vibrations aérodynamiques, qui sont automatiquement transmise au système d'engrenage d'éolienne. À ce niveau, nous avons développé un code de calcul numérique permettant de simuler la complexité des aspects aérodynamiques instationnaires tout en gardant un compromis entre la fiabilité des prédictions et la rapidité de calcul. Les simulations sont réalisées suivant une méthode de mécanique des fluides numérique (CFD) instationnaire bidimensionnel. Les résultats de simulation comparés avec ceux disponibles dans la littérature sont en bonne concordance, le rendement aérodynamique étant optimisé, qui présente un apport scientifique notable. Cette étude numérique a été l'objectif de l'analyse de l'impact des charges aérodynamiques vis-à-vis le comportement dynamique du système d'engrenage de l'éolienne en régime non-stationnaire. Dans ce contexte, une étude paramétrique a été développée afin d'établir le fonctionnement optimal de l'éolienne, caractérisé par un couple aérodynamique plus performant associé à des niveaux de vibrations dynamiques acceptables. En général, il est difficile d'identifier précisément la réponse dynamique des éoliennes à cause du caractère turbulent et stochastique des charges aérodynamiques. Par conséquent, il est indispensable de tenir en compte la variabilité des paramètres d'entrée pour assurer la robustesse du système étudié. Adoptons l'objectif de dimensionnement robuste. Une méthode d'évaluation basée sur des approches stochastiques, particulièrement la méthode du Chaos Polynomial, est utilisée pour simuler le comportement dynamique non-linéaire du système d'engrenage d'éolienne, en tenant compte des incertitudes. Ces dernières sont au niveau des charges aérodynamiques, inhérentes au calcul des niveaux vibratoires du système d'engrenage. Ce qui implique un apport scientifique important. Les résultats obtenus par l'approximation par Chaos Polynomial démontrent une forte dispersion des charges aérodynamiques aléatoires dans la réponse dynamique du système d'engrenage, contrairement aux études déterministes. Ce qui prouve l'insuffisance de telles études pour une analyse de robustesse. Les résultats mettent également en évidence la forte corrélation entre les phénomènes aérodynamiques complexes et les vibrations dynamiques. Le couplage établi constitue l'originalité de notre travail
This thesis focuses on the study of the aerodynamic loads effects on the nonlinear dynamic behavior of Darrieus--type vertical axis wind turbine. The latter has received more attention due to its efficiency in urban regions compared to other wind turbines. In fact, the wind flow speed in urban regions continuously changes direction and is extremely turbulent. The inherent characteristics of its omni-directionality make it more suitable to harnessing this kind of flow. It is known that Darrieus wind turbine is characterized by an inherently unsteady aerodynamic behavior and a complex flow around rotor blades. The non-stationary behavior of the mentioned turbine increases vibration. These aerodynamic vibrations are transmitted to the gearing mechanism. We have, firstly, developed a numerical simulation, allowing to simulate the complexity of the unsteady aerodynamic phenomena keeping a compromise between the reliability of prediction and the rapidity of calculation. This numerical simulation has been carried out using a two-dimensional unsteady Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Simulation results compared to those available in the literature are in good agreement. The Darrieus turbine efficiency is also optimized; thus introducing a significant scientific contribution. The latter is the objective of analyzing the aerodynamic load impact in the dynamic behavior of the Darrieus turbine in non-stationary regime. In this context, a parametric study has been developed in order to find optimal functioning of the studied turbine, which is characterized by the most performing aerodynamic torque associated with acceptable levels of dynamic vibration. In general, it is difficult to predict the dynamic response of the wind turbine with a good level of accuracy due to the aerodynamic loads turbulence and uncertain characteristics. It becomes necessary to take into account the uncertainty in the input parameters to ensure the robustness of the Darrieus turbine geared system. In a robustness study objective, the Polynomial Chaos method is adopted to predict the nonlinear dynamic behavior of the gearing system taking into account uncertainties which are associated to the performance coefficient of the input aerodynamic torque. This leads to an important scientific research contribution. The results have shown a large dispersion of the random parameter in the dynamic response of the gearing system compared to the deterministic study. That proves the insufficiency of that study for a robustness analyses. They have also proved that the Polynomial Chaos method is an efficient probabilistic tool for uncertainty propagation. Finally, the new proposed robust mechanical analysis indicates a good capacity to investigate the dynamic behavior of the Darrieus turbine thanks to its superior predictive capabilities in coupling complex aerodynamic phenomena with a mechanical gearing system vibration. Where the originality of such correlation in our work

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Podeur, Vincent. "Modélisation expérimentale et numérique du power take-off d’un bassin houlomoteur." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2022. http://www.theses.fr/2022ENTA0005.

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Les travaux présentés portent sur l'étude du power take off d'un système houlomoteur. Celui-ci est constitué d'un ensemble de bassins connectés entre eux via des clapets souples assurant une circulation à sens unique. Les mouvements de la plate-forme sur laquelle le système est installé induisent un phénomène de ballottement du fluide présent dans ces bassins. Les vagues ainsi générées viennent alors alimenter une cuve cylindrique dont le fond est percé d'un orifice central. Le fluide injecté dans ce réservoir engendre un écoulement de type tourbillon de vidange, dont l’énergie cinétique est extraite par une turbine à axe vertical. La première phase de ces travaux se concentre sur l'étude expérimentale du tourbillon de vidange en écoulement stationnaire. L'évolution du champ de vitesse dans le bassin, avec et sans turbine, est étudié par particle image velocimetry (PIV). En parallèle, la puissance délivrée par la turbine et la hauteur d'eau dans le bassin sont mesurées. Ces résultats sont utilisés pour définir les hypothèses de départ pour la création d'un modèle numérique. La deuxième phase de ces travaux porte sur l'étude expérimentale du tourbillon de vidange en écoulement instationnaire. Un second dispositif de mesure est spécialement construit et instrumenté. Ce dernier permet de modéliser plus fidèlement l'écoulement rencontré dans le système houlomoteur. La méthode PIV est de nouveau utilisée. La dernière phase des travaux porte sur la modélisation numérique de la turbine à axe vertical. Le modèle développé se fonde sur la théorie des écoulements potentiels et prend en compte les effets 3D. Les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux
The present work aims at studying the power take-off of a wave energy converter (WEC). This system is composed of a set of connected tanks. Rubber flaps are installed at tanks inlet and outlet to ensure a one-way flow direction. Thanks to wave induced motions of the supporting platform, sloshing appears inside the WEC tanks which feed a cylindrical basin with a centered drain hole at its bottom. Then, a bathtub vortex flow appears within this tank, where a vertical axis turbine is installed to harvest kinetic energy from the flow. The first phase of this research focuses on studying the steady bathtub flow. To do so, a dedicated experiment is built. Velocity field within the cylindrical basin, with and without the turbine, is studied via Particle Image Velocimetry (PIV). In addition, power production from the turbine and water level inside the tank are measured. These results are used to define starting hypothesis for developing a numerical model of the turbine. The second phase of this research focuses on studying the unsteady bathtub flow. For this purpose, a second experiment is built. This setup provides a more realistic environment, closer to what can be observed with the WEC system. PIV measurements are also used extensively to study the flow with and without the turbine. The last stage of this research focuses on the numerical modelling of the vertical axis turbine. The model is based on the potential flow theory. First, a two-dimensional approach is used to validate the early pieces of the model. Secondly, a three-dimensional approach is adopted to account for more complex flow features. Finally, numerical and experiment results are compared

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Boukili, Hamza. "Schémas de simulation d'un modèle à trois phases immiscibles pour application à l'explosion vapeur." Thesis, Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0077.

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Dans ce travail, on étudie la modélisation d'écoulement à trois phases non miscibles. L'application visée est l'explosion vapeur, qui risque de se produire lorsqu'un constituant liquide (S) (métal liquide à haute température) rentre en contact avec un constituant relativement froid, qui est en général de l'eau présente sous forme liquide (L) et vapeur (V). Les principaux transferts ayant lieu sont de type dynamique (vitesse-pression) et thermodynamique (échanges de chaleur et de masse). Plus précisément, les transferts de chaleur apparaissent entre les phases S, L et V, tandis que le transfert de masse ne peut survenir qu'entre les phases L et V du constituant eau. Les applications de type explosion vapeur (EV) génèrent des ondes de choc se propageant au sein du milieu et allant impacter des structures. Il est essentiel de noter que les temps de simulation réels, et les échelles de temps, sont courts. Il s'agit donc de simuler un modèle d'EDP avec lois de fermeture, qui permette de traiter des écoulements fortement instationnaires à trois phases immiscibles, avec génération d'ondes de choc et forts transferts thermiques et de masse, et qui soit conforme au second principe de la thermodynamique. Une fois le modèle d'EDP fermé donné, l'attention est portée sur la méthode numérique d'approximation de ce modèle. Une stratégie à pas fractionnaires est mise en place, afin de permettre de traiter un à un les différents effets de relaxation inclus dans le modèle. Différents cas tests numériques ont été réalisés, afin de s'assurer des propriétés des schémas considérés, et valider la cohérence des résultats numériques avec le comportement physique attendu de l'écoulement simulé
This PhD work consists of modeling a three-phase flow: liquid (L), gas (V) for the same component (water) and solid (S) for a second component (high temperature metal). Such a mix is characterized by the risk of occurrence of vapour explosion, where major transfers happen: in this bi-component environment dynamic transfers are important (speed / pressure) and thermodynamic exchanges (heat and mass transfers) also are at stake. More specifically, heat transfers occur between phases S, L and V, while the mass transfer can only occur between the phases L and V. The vapour explosion type applications (EV) generate shock waves propagating within the medium and can impact the structures. Finally, it is essential to note that the actual simulation time, and different time scales are short. The mission is, therefore, to compute an EDP model with closure laws, capable of dealing with strongly unsteady three-phase non-miscible flows, with generation of shock waves and high thermal and mass transfer, and consistent with the second principle of thermodynamics. The second step is to propose a Finite Volume numerical method adapted to the approximation of this model, and in the presence of shock waves. Numerical test cases are given in order to verify the properties of the considered schemes, attention is paid to the consistency between the numerical results and the expected physical behavior of the simulated flow

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Daviau, Noëlie. "Études fines des échanges énergétiques entre les bâtiments et l'atmosphère urbaine." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1005/document.

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Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse porte sur l'effet que les bâtiments exercent sur l'atmosphère urbaine et notamment sur les échanges énergétiques qui s'opèrent entre les deux systèmes. Afin de modéliser plus finement les effets thermiques du bâtiment sur les écoulements atmosphériques lors de simulations réalisées par le logiciel de CFD Code_Saturne, nous procédons au couplage de cet outil avec le modèle de bâtiment BuildSysPro. Cette bibliothèque fonctionne sous Dymola et peut calculer des matrices descriptives du bâtiment utilisables ensuite en dehors du logiciel. Ce sont donc ces matrices qui sont utilisées pour le couplage par l'intermédiaire d'un code assurant l'échange de données entre les calculs de thermique du bâtiment et ceux de CFD. Après une revue des phénomènes physiques en lien avec l'atmosphère urbaine et des modèles existants, nous nous intéressons aux interactions entre l'atmosphère et le milieu urbain, notamment les bâtiments. Ceux-ci peuvent avoir un impact sur les écoulements aussi bien dynamique, en tant qu'obstacles, que thermique, via leurs températures de parois. Parallèlement à la mise en place du couplage entre les deux logiciels, nous étudions les données de la campagne de mesures EM2PAU que nous utilisons pour notre validation. EM2PAU, réalisée en 2011 à Nantes, représente une rue canyon idéalisée par deux rangées de conteneurs. La campagne a pour spécificité de prendre simultanément les mesures de températures d'air et de parois ainsi que les vitesses du vent de référence et des écoulements dans le canyon par un anémomètre sonique placé à 10 m d'altitude et six autres positionnés en six emplacements dans le canyon. Nous cherchons donc à mettre en évidence les effets dynamiques et thermiques des bâtiments sur les écoulements à partir des résultats de cette campagne, pour ensuite les simuler. Puis la modélisation numérique des écoulements sur le domaine de EM2PAU est réalisée. L'objectif de ce travail est de mettre en évidence l'influence des effets thermiques des parois sur les flux atmosphériques. Nous comparons des simulations avec différentes méthodes pour donner les valeurs des températures de surface des conteneurs. La première méthode consiste à imposer ces températures d'après les mesures ; ainsi la température de chaque paroi sera fixée à la température de surface mesurée lors de l'instrumentation de EM2PAU. Quant à la deuxième méthode, on impose la température de l'air extérieur mesurée à l'instant simulé à toutes les parois des conteneurs, afin de créer un cas où l'on n'observe que peu ou pas d'échanges de chaleur. Enfin la troisième méthode est la simulation couplée de Code_Saturne et BuildSysPro. Les résultats des différentes simulations sont alors comparés afin de distinguer les effets thermiques des parois des bâtiments sur les écoulements d'air. Nous observons que les effets dynamiques sont primordiaux et peuvent engendrer des vitesses verticales de l'écoulement dans le canyon de l'ordre plusieurs mètres par seconde, tandis que des écarts de températures de surface de l'ordre de 15°C peuvent modifier les vitesses verticales du vent de moins de 0, 5 mètres par seconde. Si ces effets thermiques sont difficiles à isoler sur des mesures en raison des autres phénomènes susceptibles d'influencer les écoulements atmosphériques, les études numériques peuvent toutefois mieux quantifier ces différences
This thesis work is about the effect of buildings on the urban atmosphere and more precisely the energetic exchanges that take place between these two systems. In order to model more finely the thermal effects of buildings on the atmospheric flows in simulations run under the CFD software Code_Saturne, we proceed to couple this tool with the building model BuildSysPro. This library is run under Dymola and can generate matrices describing the building thermal properties that can be used outside this software. In order to carry out the coupling, we use these matrices in a code that allows the building thermal calculations and the CFD to exchange their results. After a review about the physical phenomena and the existing models, we explain the interactions between the atmosphere and the urban elements, especially buildings. The latter can impact the air flows dynamically, as they act as obstacles, and thermally, through their surface temperatures. At first, we analyse the data obtained from the measurement campaign EM2PAU that we use in order to validate the coupled model. EM2PAU was carried out in Nantes in 2011 and represents a canyon street with two rows of four containers. Its distinctive feature lies in the simultaneous measurements of the air and wall temperatures as well as the wind speeds with anemometers located on a 10 m-high mast for the reference wind and on six locations in the canyon. This aims for studying the thermal influence of buildings on the air flows. Then the numerical simulations of the air flows in EM2PAU is carried out with different methods that allow us to calculate or impose the surface temperature we use, for each of the container walls. The first method consists in imposing their temperatures from the measurements. For each wall, we set the temperature to the surface temperature that was measured during the EM2PAU campaign. The second method involves imposing the outdoor air temperature that was measured at a given time to all the surfaces, reducing every heat exchange to almost zero. The third method at last is the coupled simulation of Code_Saturne and BuildSysPro where BuildSysPro calculates the wall temperature from the Code_Saturne data. . The results of these different ways of modelling the wall temperatures are then compared in order to show the thermal effects of building wall heating on the air flows. We notice that the dynamic effects are dominant and can generate vertical wind speed that can pass several meters per second. On the other hand, differences of surface temperatures higher than 15°C can influence the vertical wind speed for less than 0.5 meters per second. These thermal effects are not easily highlighted with measured data because of the other phenomena that can impact the air flows. However they can be quantified with numerical studies

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Toubin, Hélène. "Prediction and phenomenological breakdown of drag for unsteady flows." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066576/document.

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L'estimation précise de la traînée est aujourd'hui un enjeu majeur pour les avionneurs. Il est nécessaire d'identifier et de quantifier ses sources phénoménologiques dans le cadre d'un processus de design efficace. Les méthodes champ lointain, qui permettent une telle décomposition, sont cependant limitées aux applications stationnaires.Cette étude consiste à développer une méthode d'extraction champ lointain destinée à permettre une décomposition phénoménologique de la traînée pour des écoulements instationnaires. La première étape a consisté à généraliser la formulation stationnaire de Van der Vooren aux écoulements instationnaires. Des axes pour l'amélioration de la robustesse et du contenu physique ont ensuite été explorés, avec la mise en évidence de phénomènes acoustiques. La formulation ainsi obtenue a ensuite été appliquée à des cas tests simples, dans le but de valider la décomposition phénoménologique. Le comportement des composantes de traînée s'est avéré cohérent avec la physique de l'écoulement. Enfin, la méthode a été appliquée à des cas complexes afin de démontrer ses capacités : un cas instationnaire 3D ainsi qu'un écoulement simulé en ZDES.Dans l'avenir, il serait intéressant de continuer à explorer la définition de la composante de traînée induite, par exemple en utilisant les formulations basées sur le vecteur vitesse. En ce qui concerne les cas d'application, l'évaluation de la performance d'un doublet d'hélices contra-rotatives pourrait fortement bénéficier de l'utilisation d'une méthode comme celle-ci. Enfin, des applications en vol d'ailes battantes pourraient être d'intéressantes perspectives
Accurate drag prediction is now of a major issue for aircraft designers. Its phenomenological sources need to be identified and quantified for an efficient design process. Far-field methods, which allow such phenomenological drag breakdown, are however restricted to steady flows. This study consists in developing a far-field drag prediction method aiming at a phenomenological breakdown of drag for unsteady flows. The first step has consisted in generalizing the steady formulation of Van der Vooren to unsteady flows, starting from a new rigorous proof. Axes for the improvement of the robustness and physical background have then been explored. Acoustic contributions have in particular been highlighted and quantified. The resulting five-components formulation has then been applied to simple cases, in order to validate as best as possible the phenomenological breakdown. The behavior of the drag components has proved to be consistent with the physics of the flow. Finally, the method has been applied to complex cases in order to demonstrate its capabilities: a 3-D case and a flow simulated by the ZDES method. In the future, it would be interesting to further improve the definition of the induced drag component, for example by using velocity-based formulations. As far as the application cases are concerned, the performance evaluation of a Counter-Rotating-Open-Rotor would strongly benefit from such a method. Unsteady optimization of one of the drag component could also be contemplated. Finally, applications in aeroelasticity or flapping flight would be an interesting perspective

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Luminari, Nicola. "Modeling and simulation of flows over and through fibrous porous media." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/20132/1/LUMINARI_Nicola.pdf.

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Any natural surface is in essence non-smooth, consisting of more or less regular roughness and/or mobile structures of different scales. From a fluid mechanics point of view, these natural surfaces offer better aerodynamic performances when they cover moving bodies, in terms of drag reduction, lift enhancement or control of boundary layer separation; this has been shown for boundary layer or wake flows around thick bodies. The numerical simulation of microscopic flows around "natural" surfaces is still out of reach today. Therefore, the goal of this thesis is to study the modeling of the apparent flow slip occurring on this kind of surfaces, modeled as a porous medium, applying Whitaker's volume averaging theory. This mathematical model makes it possible to capture details of the microstructure while preserving a satisfactory description of the physical phenomena which occur. The first chapter of this manuscript provides an overview of previous efforts to model these surfaces, detailing the most important results from the literature. The second chapter presents the mathematical derivation of the volume-averaged Navier-Stokes equations (VANS) in a porous medium. In the third chapter the flow stability at the interface between a free fluid and a porous medium, formed by a series of rigid cylinders, is studied. The presence of this porous layer is treated by including a drag term in the fluid equations. It is shown that the presence of this term reduces the rates of amplification of the Kelvin-Helmholtz instability over the whole range of wavenumbers, thus leading to an increase of the wavelength of the most amplified mode. In this same context, the difference between the isotropic model and a tensorial approach for the drag term has been evaluated, to determine the most consistent approach to study these flow instabilities. This has led to the conclusion that the model that uses the apparent permeability tensor is the most relevant one. In the following chapter, based on this last result, the apparent permeability tensor, based on over one hundred direct numerical simulations carried out over microscopic unit cells, has been identified for a three-dimensional porous medium consisting of rigid cylinders. In these configurations the tensor varies according to four parameters: the Reynolds number, the porosity and the direction of the average pressure gradient, defined by two Euler angles. This parameterization makes it possible to capture local three-dimensional effects. This database has been set up to create, based on a kriging-type approach, a behavioral metamodel for estimating all the components of the apparent permeability tensor. In the fifth chapter, simulations of the VANS equations are carried out on a macroscopic scale after the implementation of the metamodel, to get reasonable computing times. The validation of the macroscopic approach is performed on a closed cavity flow covered with a porous layer and a comparison with the results of a very accurate DNS, homogenized a posteriori, has shown a very good agreement and has demonstrated the relevance of the approach. The next step has been the study of the passive control of the separation of the flow past a hump which is placed on a porous wall, by the same macroscopic VANS approach. Finally, general conclusions and possible directions of research in the field are presented in the last chapter.

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Ducrocq, Thomas. "Etude de l'écoulement à forte pente autour d'un cylindre émergent." Thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://www.theses.fr/2016INPT0087/document.

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Les barrages sur les rivières sont des obstacles à la migration piscicole. Les passes à poissons sont des ouvrages permettant aux espèces piscicoles de migrer, autorisant le rétablissement de la continuité écologique des cours d'eau. Le but de ce travail est de mieux comprendre les phénomènes physiques présents dans les passes à poissons naturelles. Ces passes sont des canaux à forte pente, équipé de rangées de plots en quinconce. Pour valider la pertinence de l'utilisation d'un modèle numérique, l'étude s'est limitée à l'écoulement autour d'un cylindre émergent placé au centre d'un canal. Le travail est décomposé en deux parties, une expérimentale et une numérique. La partie expérimentale est conduite dans un canal transparent de 4m de long, 0,4m de large et 0,4m de hauteur. Le diamètre du cylindre est 4cm et sa hauteur 20cm (toujours émergent). Les cas étudiés sont des débits de 5, 10, 15 et 20 l/s pour une pente nulle. Les nombres de Froude sont supérieurs à 0,5 et les nombres de Reynolds, basés sur le diamètre, sont compris entre 15000 et 50000. Les écoulements ont été filmés et un algorithme de suivi de particules (PTV) a été développé. Des zones de faibles vitesses existent, même pour Fr=1, pouvant assurer des zones de refuge pour le poisson. Les forces de trainée ont été mesurées sur le plot. Les évolutions des coefficients de trainée avec le nombre de Froude et des rapports de forme de l'écoulement autour du plot ont ainsi été évaluées. La partie numérique est réalisée avec OpenFOAM pour 4 cas d'étude (Q=10 et 20 l/s, S=0 et 2%) et 2 modèles de turbulence URANS, le RNG k-epsilon et le k-omega SST. Des modélisations en 2D ont également été faites avec Telemac 2D. Les résultats obtenus ont été comparés aux résultats expérimentaux. La modélisation 2D (shallow water) est exploitable seulement pour des nombres de Froude faibles, d'où la nécessité des modélisations en 3D. Le modèle komega SST semble le mieux adapté pour reproduire les écoulements étudiés. Les vitesses locales et les structures en 3D, non quantifiables expérimentalement, ont ensuite été décrites. Les influences du fond et de la surface libre sur le sillage apparaissent clairement en provoquant des vitesses verticales et des tourbillons à grandes échelles. Enfin, une simulation en LES a été conduite. Les structures tourbillonnaires sont mieux représentées que pour les modèles URANS, mais les temps de calcul sont grands
The dams on rivers are fishes migration obstacles. The fishways are devices allowing the fishes to migrate, permitting the restauration of the ecological continuity. The aim of this work is to better comprehend the physical phenomena existing in the nature-like fishways. This kind of fishway is a high slope channel with staggered rows of blocks. To validate the relevance of the use of a numerical model, the study is limited to the flow around a single free surface piercing cylinder placed in the center of a flume. The work is in two parts, experimental and numérical. The experimental part is conducted in a transparent flume of 4m length, 0.4m width and 0.4m height. The cylinder diameter is 4cm and its height 20cm (always emerged). The studied cases are flow rates of 5 to 20 l/s for a flat bed. The Froude numbers are over 0.5 et the Reynolds numbers, based on the diameter, are in between 15000 and 50000. The flows were filmed and a particules tracking velocimetry (PTV) algorithm was developped. Slow velocities areas exist, even for Fr=1, allowing shelter zones for a fish. The drag forces were also measured. The drag coefficients evolutions with the Froude number and with the flow aspect ratio were estimated. The numerical part is done with OpenFOAM for 4 cases (Q=10 et 20 l/s, S=0 et 2%) and 2 URANS turbulence models, RNG k-epsilon and k-omega SST. 2D simulations are also carried out with Telemac2D. The results are compared with the experimental ones. The 2D modelisation (shallow water) is workable only for small Froude numbers, which justifies the 3D modelisation. The k-omega SST seems the most relevant to reproduce the studied flows. The local velocities and 3D structures, unquantifiable experimentally, were described. The bed and free surface influences on the wake are clearly shown leading to vertical velocities and big scale vorticies. Finally, a LES simulation was conducted. The vortex structures are better reproducted than the URANS simulations, but the computation times are significant

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Kacem, Ahmed. "Modélisation numérique de la pyrolyse en atmosphères normalement oxygénée et sous-oxygénée." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4708/document.

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Le taux de pyrolyse est un paramètre clé du comportement du feu qui, à son tour, contrôle le transfert de chaleur à la surface du combustible. Dans cette étude, un modèle de pyrolyse volumique d’un combustible solide semi–transparent prenant en compte le rayonnement au sein du solide et la régression de l’interface a été couplé au code ISIS. Un algorithme génétique a été utilisé afin de déterminer un jeu optimal de paramètres cinétiques pour la pyrolyse du PMMA à partir d’une expérience de pyrolyse pure sous cône calorimètre en atmosphère normalement oxygénée. Des expériences de pyrolyse avec flamme de plaques carrées ont été réalisées afin de valider les résultats du modèle. L’analyse des résultats obtenus au centre de l’échantillon montre que la vitesse de régression de la surface devient constante en fonction du temps et que la contribution radiative au flux de chaleur total reste pratiquement constante. Les résultats du modèle couplé sont en bon accord avec la littérature et les mesures de cette étude. Néanmoins, le flux de chaleur incident aux bords de l’échantillon est sous-estimé. Une bonne concordance est obtenue entre les hauteurs de flammes prédites et celles déduites de la corrélation de Heskestad. Enfin, pour simuler la pyrolyse du PMMA en atmosphère sous–oxygénée, une chimie à deux étapes avec prise en compte du phénomène d’extinction de la flamme a été utilisée. Les résultats des simulations ont été comparés aux mesures réalisées dans le dispositif CADUCEE pour des fractions volumiques d’oxygène de 18,5% et 19,5%. La baisse du taux de pyrolyse et des températures de flamme avec la fraction volumique d’oxygène est bien reproduite par le modèle
The pyrolysis rate is a key parameter controlling fire behavior, which in turn drives the heat feedback from the flame to the fuel surface. In the present study an in–depth pyrolysis model of a semi–transparent solid fuel with spectrally–resolved radiation and a moving gas/solid interface was coupled with the CFD code ISIS. A combined genetic algorithm/pyrolysis model was used with Cone Calorimeter data from a pure pyrolysis experiment to estimate a unique set of kinetic parameters for PMMA pyrolysis. In order to validate the coupled model, ambient air flaming experiments were conducted on square slabs of PMMA. From measurements at the center of the slab, it was found that the experimental regression rate becomes almost constant with time, and that the radiative contribution to the total heat flux remains almost constant. Coupled model results show a fairly good agreement with the literature and with current measurements. Nevertheless, the flame heat flux feedback at the edges of the slab is underestimated. Predicted flame heights based on a threshold temperature criterion were found to be close to those deduced from the correlation of Heskestad. Finally, in order to predict the pyrolysis of PMMA under reduced ambient oxygen concentration, a two–step chemical reaction and a flammability diagram for flame extinction was used. Model results are compared with data obtained in the experimental facility CADUCEE for ambient oxygen concentrations of 18.2 and 19.5%. Data show that the total mass loss rate and flame temperature decrease with the oxygen concentration, which is well reproduced by the model

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Croner, Emma. "Etude de l'écoulement autour des ensembles roulants d'un véhicule en vue de l'optimisation aérodynamique du pneumatique." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0008/document.

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Cette thèse, collaboration entre Michelin et l’ONERA, propose de mettre en œuvre des simulations instationnaires URANS grâce au code Navier-Stokes elsA de l’ONERA en vue d’analyser l’écoulement complexe 3D instationnaire se développant au voisinage des roues d'un véhicule et d’identifier les mécanismes à l’origine de la production de traînée.En effet, les roues (jantes et pneumatiques) constituent un nouvel axe de recherche prometteur en aérodynamique automobile car on estime de 20% à 40% la contribution des roues et passages de roues à la traînée totale. Cependant, leur optimisation nécessite en premier lieu une compréhension complète des phénomènes aérodynamiques mis en jeu. Les analyses spatio-temporelles menées sur roue isolée et sur véhicule pour trois types de pneumatiques (lisse, rugueux, avec sillons) apportent de nouveaux éléments de compréhension sur la physique de l’écoulement. Ce travail répond notamment aux limites principales des études précédentes grâce à la description de l'écoulement sur des géométries de référence incluant des pneumatiques déformés lisses et grâce à l’étude de l’instationnarité. Les analyses spatiales permettent de décrire l’organisation des structures tourbillonnaires sur roue isolée puis autour des roues avant et arrière d’un véhicule simplifié. Les analyses temporelles facilitent quant à elles la compréhension de la dynamique de l’écoulement par la mise en évidence de la génération des tourbillons et des mécanismes d’interaction avec la carrosserie. Des validations expérimentales sont effectuées à la fois sur roue isolée et sur véhicule en soufflerie. Enfin, l’utilisation de plusieurs types de pneumatiques démontre leur capacité à modifier les caractéristiques spatio-temporelles de l’ensemble de l’écoulement et à jouer ainsi sur la puissance dissipée par le véhicule via la traînée et le moment de rotation des roues
As a collaborative task between Michelin and ONERA, this thesis aims to investigate the complex unsteady 3D flow around car wheels and to identify the mechanisms of drag production linked to this part of the car thanks to URANS unsteady numerical simulations using ONERA’s Navier-Stokes code elsA. The wheels (i.e. rims and tyres) are indeed a promising research topic in the field of car aerodynamics. The part of the total drag due to the wheels and wheelhouses is indeed estimated between 20% and 40%. The first step towards wheel optimisation is to achieve full understanding of the aerodynamic phenomena produced around them. The analysis of the flow for three types of tyres (smooth, rough, grooved), both around isolated wheels and around a simplified vehicle, brings further understanding of the flow physics. This work completes previous studies in this field thanks to the description of basic flows around smooth wheels and the study of unsteady effects. It describes the arrangement of vortical structures around an isolated wheel and around the front and rear wheels of a simplified vehicle. Moreover, the analysis of the flow unsteadiness facilitates understanding of the flow dynamics by highlighting the generation of the main vortices and the interaction phenomena with the car body. The validation of numerical models is performed with specific experiments by Michelin on both an isolated wheel and a vehicle configuration. Finally, the use of different tyres shows their ability to modify both space and time characteristics of the whole flow, thus modifying the power dissipated by the car drag and the rotation moment of the wheels

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Whyte, Henrietta Essie. "Evaluation of the performance of photocatalytic systems for the treatment of indoor air in medical environments." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2018. http://www.theses.fr/2018IMTA0112/document.

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La photocatalyse est une technologie d’oxydation avancée qui peut être utilisée pour améliorer la qualité de l'air dans les environnements intérieurs et pourrait être mise en œuvre dans les milieux médicaux. Dans les hôpitaux, les salles d'opération sont très exigeantes en matière de qualité de l'air intérieur et nécessitent des systèmes qui minimisent les concentrations des polluants générés par les différentes activités. Dans ce travail, le devenir de deux polluants spécifiques des blocs opératoires, l’acrylonitrile (produit chimique trouvé dans la fumée chirurgicale) et l'isoflurane (gaz anesthésique) lorsqu'ils passent dans un dispositif de traitement d’air photocatalytique est étudié. Tout d'abord, une évaluation paramétrique de la dégradation de l'isoflurane et de l'acrylonitrile en étudiant l'influence de la vitesse de l'air, de l'intensité lumineuse, de la géométrie du média photocatalytique, de la concentration initiale en polluants, de la présence de co-polluants chimiques, de la présence de particules et l’humidité relative sur leur efficacité de dégradation est réalisée. En second lieu, l’innocuité de l’utilisation de ce procédé pour la dégradation de l’isoflurane et de l’acrylonitrile par l’identification des éventuels intermédiaires formés au cours de leur dégradation est étudiée. Les expériences sont menées dans un réacteur dynamique en boucle fermée conçu pour étudier les polluants à faibles concentrations. Enfin, pour mieux comprendre comment le changement de géométrie du média photocatalytique influence l'efficacité de la dégradation, des simulations avec ANSYS14.5 sont effectuées et discutées au regard des résultats expérimentaux
Photocatalytic oxidation (PCO) is an advanced air cleaning technology that is used asa means to improve air quality in indoor environments and could potentially be used inthe operating rooms (OR). In hospitals, operating rooms (ORs) are very demanding interms of the indoor air quality (IAQ) and require systems that minimize the concentrations of pollutants. In this work, the fate of two OR pollutants acrylonitrile (chemical found insurgical smoke) and isoflurane (anesthetic gas) when they go through a PCO device was investigated. Firstly, a parametric evaluation on the degradation of isoflurane and acrylonitrile by studying the influence of air velocity, light intensity, the change in media geometry, initial pollutant concentration, presence of chemical co-pollutants, presence of particles (bioaerosols) and relative humidity on their degradation efficiencies is performed. Secondly the safety of the use of PCO for the degradation of isoflurane and acrylonitrile through the identification of possible intermediates formed during their degradation is evaluated. The experiments were conducted in a closed loop reactor which has been designed to study low concentration air pollutants and has also been recently modeled. Finally, to better understand how the change in media geometry influenced the degradation efficiency, simulations with ANSYS 14.5 were performed and discussed

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Sempey, Alain. "Prise en compte du champ thermo-convectif pour le contrôle thermique des espaces habitables." Phd thesis, Université de La Rochelle, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00259196.

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Le contrôle en temps réel des locaux climatisés requiert la connaissance de modèles de la distribution de température et du champ de vitesse. Des modèles complets, basés sur les codes CFD, donnent accès à ces informations, mais sont incompatibles avec des applications en temps réel. Ainsi, un modèle d'ordre réduit est nécessaire. Cette étude propose de réduire la taille d'un modèle CFD en adoptant, dans un premier temps, l'hypothèse d'un champ de vitesse fixé, ce qui permet de ne résoudre que l'équation de conservation de l'énergie. Puis, mis sous forme d'un système d'état, la décomposition orthogonale aux valeurs propres est utilisée pour réduire son ordre. Cette méthode est appliquée au cas d'un local équipé d'un ventilo-convecteur. La forme de système d'état du modèle réduit ainsi obtenu permet, par application de la théorie moderne du contrôle, d'estimer la température dans la zone d'occupation sans mesure directe, et ainsi de l'intégrer dans une boucle fermée de contrôle. Plusieurs contrôleurs sont comparés avec pour point commun d'être synthétisés sur le principe du modèle interne basé sur la connaissance d'un modèle d'ordre réduit de l'air du local.

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Vantieghem, Stijn. "Numerical simulations of quasi-static magnetohydrodynamics using an unstructured finite volume solver: development and applications." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2011. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209929.

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Dans cette dissertation, nous considérons l’écoulement des liquides conducteurs d’électricité dans un champ magnétique externe. De tels écoulements sont décrits par les équations de la magnétohydrodynamique (MHD) quasi-statique, et sont fréquemment rencontrés dans des applications pratiques. Il suit qu’il y a un intérêt fort pour des outils numérques qui peuvent simuler ces écoulements dans des géometries complexes.

La première partie de cette thèse (chapitres 2 et 3) est dédiée à la présentation de la machinerie numérique qui a été utilisée et implémentée afin de résoudre les équations de la MHD quasi-statistique (incompressible). Plus précisément, nous avons contribué au développement d’un solveur volumes finis non-structuré parallèle. La discussion sur ces méthodes est accompagnée d’une analyse numérique qui est aussi valable pour des mailles non-structurées. Dans le chapitre 3, nous vérifions notre implémentation par la simulation d’un certain nombre de cas tests avec un accent sur des écoulements dans un champ magnétique intense.

Dans la deuxième partie de cette thèse (chapitres 4-6), nous avons utilsé ce solveur pour étudier des écoulements MHD de proche paroi .La première géometrie considérée (chapitre 4) est celle d’une conduite circulaire infini d’axe à haut nombre de Hartmann. Nous avons investitgué la sensitivité des résultats numériques au schéma de discrétisation et à la topologie de la maille. Nos résultats permettent de caractériser in extenso l’écoulement MHD dans une conduite avec des bords bien conducteurs par moyen des lois d’échelle.

Le sujet du cinquième chapitre est l’écoulement dans une conduite toroïdale à section carée. Une étude du régime laminaire confirme une analyse asymptotique pour ce qui concerne les couches de cisaillement. Nous avons aussi effectué des simulations des écoulements turbulents afin d’évaluer l’effet d’un champ magnétique externe sur l’état des couches limites limites.

Finalement, dans le chapitre 6, nous investiguons l’écoulement MHD et dans un U-bend et dans un coude arrière. Nous expliquons comment générer une maille qui permet de toutes les couches de cisaillement à un coût computationelle acceptable. Nous comparons nos résultats aux solutions asymptotiques.
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Choquart, François. "Etude et modélisation d'un véhicule doté d'un système de chauffage par parois rayonnantes pour l'étude du confort thermique des passagers." Paris, ENMP, 2004. http://www.theses.fr/2004ENMP1243.

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Hadj, Ahmed Asmaa. "Design of new electrochemical cells for studying enzymes by protein film electrochemistry." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2022. http://www.theses.fr/2022AIXM0100.

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L’électrochimie directe des protéines (PFE) est une technique dans laquelle une enzyme est adsorbée à une électrode et son activité catalytique est mesurée sous forme d’un courant électrique, ce qui permet l’étude de la cinétique d’enzyme en fonction de différents paramètres expérimentaux. Cette technique nécessite un transport rapide du substrat vers l’électrode. Dans une étude précédente, notre équipe a proposé une nouvelle cellule électrochimique offrant un transport supérieur à l’électrode tournante, couramment utilisée dans les méthodes PFE. Dans cette thèse, nous avons exploré, à l’aide de CFD, l’effet des différents paramètres et proposé des formules semi-empiriques pour prédire les propriétés de transport dans la cellule. Puis, nous avons validé expérimentalement nos prédictions. En outre, nous avons construit un nouveau type de cellule avec des mélangeurs intégrés qui devraient permettre des changements rapides de concentrations
Protein Film Electrochemistry (PFE) is a technique in which an enzyme is adsorbed at an electrode and its catalytic turnover rate is measured as an electrical current which allows the investigation of enzyme’s kinetics as a function of different experimental parameters. However, this technique requires fast transport of the substrate towards the electrode. In a previous study, our team proposed a new design based on the wall-tube electrode that provides better transport than the rotating disc electrode, which is commonly used in PFE methods. In this thesis, we explored, using CFD, the effect of the various parameters of the design and proposed semi-empirical formulas to predict the mass transport coefficient and shear stress at the electrode. We used a 3D-printed cell to validate experimentally our predictions. Moreover, we designed and built a new type of wall-tube electrodes with integrated mixers that should allow faster changes of substrate and inhibitor’s concentrations

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Huber, Grégory. "Modélisation des effets d'interpénétration entre fluides au travers d'une interface instable." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00833037.

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Les explosions sphériques entraînent des perturbations importantes de l'interface entre les produits de détonation et l'air. Ces instabilités jouent un rôle dominant dans la détermination du volume de la "boule de feu". Un calcul sphérique unidimensionnel classique conduit un volume de sphère très inférieur à celui mesuré expérimentalement. De plus, des réactions de post-combustion peuvent avoir lieu dans la zone de mélange, libérant une énergie deux fois supérieur à celle de la détonation, déjà considérable. À une échelle suffisamment petite, on distingue les longueurs d'onde des instabilités et les tailles de jets, mais à une échelle plus globale, on observe une couche de mélange où la forme précise de l'interface n'est plus visible. Les deux phases (produits détonation et de l'air) s'interpénètrent, et par conséquent, l'interface devient une zone de mélange. Pour calculer correctement chacune des instabilités, une approche multidimensionnelle semble s'imposer. Cependant, un grand nombre de cellules est nécessaire pour calculer une structure unique de la zone de mélange. En outre, pour une instabilité isolé, le maillage entraînent des instabilités parasites qui dépendent fortement de la viscosité numérique du schéma utilisé. L'approche multidimensionnelle, basée sur la simulation numérique directe, présente donc des difficultés. En réalité, nous ne voulons pas calculer la forme exacte des instabilités de l'interface, mais seulement l'épaisseur de la couche de mélange et les champs de concentrations des phases dans celle-ci. Ainsi, une approche unidimensionnelle peut être suffisante. L'objectif est d'écrire un modèle unidimensionnel décrivant le phénomène d'interpénétration. Trois modèles ont alors été construits à partir du modèle diphasique de l'Baer et Nunziato (1986). Nous obtenons des résultats intéressants avec les deux premiers sur des problématiques d'épaississement d'interface, mais ils sont insuffisants. Le dernier modèle, qui dérive des deux premiers, a été validé sur des tests d'explosions sphériques.

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Lancial, Nicolas. "Effets de la rotation sur la dynamique des écoulements et des transferts thermiques dans les machines électriques tournantes de grande taille." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0021/document.

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EDF exploite sur son parc de production de nombreuses machines électriques tournantes. Les contraintes thermiques subies par celles-ci engendrent des échauffements locaux qui nuisent à leur intégrité. Le présent travail contribue à fournir des méthodes de calcul adaptées à la détection et à la localisation des points chauds. Il participe à améliorer la compréhension des écoulements en rotation et leurs effets sur les transferts thermiques. Plusieurs dispositifs expérimentaux, de complexité ascendante, ont été utilisés pour comprendre et valider les simulations numériques. Une première étude sur une marche descendante (demi-pôle) parcourue par un jet de paroi non-confiné a mis en avant des différences par rapport à un jet confiné ; ces deux cas existent dans un alternateur. Une seconde étude menée sur une cavité tournante confinée a analysé l’impact d’un écoulement de Taylor-Couette-Poiseuille sur la température et la position des points chauds créés, en balayant l’ensemble des régimes d’écoulement. Ces études ont mis en exergue une première méthode de calcul fiable, fondée sur l’étude numérique CHT. Une autre méthode, basée sur la FEM couplée à une méthode inverse, a été testée sur une maquette d’alternateur hydraulique afin de pallier aux temps de calcul longs de la première. Cette méthodologie remonte aux coefficients d’échanges convectifs numériques à partir des mesures du champ thermique du rotor, mais n’est envisageable que lorsque l’on dispose de données expérimentales suffisantes. Ces travaux ont aussi mis en évidence de nouvelles techniques de mesures sans contact, comme l’utilisation d’un pyromètre à haute fréquence pour la mesure de température sur des machines tournantes
EDF operates a large number of electrical rotating machines in its electricity generation capacity. Thermal stresses which affect them can cause local heating, sufficient to damage their integrity. The present work contributes to provide methodologies for detecting hot spots in these machines, better understanding the topology of rotating flows and identifying their effects on heat transfer. Several experimental scale model were used by increasing their complexity to understand and validate the numerical simulations. A first study on a turbulent wall jet over a non-confined backward-facing step (half-pole hydrogenerator) notes significant differences compared to results from confined case : both of them are present in an hydrogenerator. A second study was done on a small confined rotating scale model to determinate the effects of a Taylor-Couette-Poiseuille on temperature distribution and position of hot spots on the heated rotor, by studying the overall flow regimes flow. These studies have helped to obtain a reliable method based on conjugate heat transfer (CHT) simulations. Another method, based on FEM coupled with the use of an inverse method, has been studied on a large model of hydraulic generator so as to solve the computation time issue of the first methodology. It numerically calculates the convective heat transfer from temperature measurements, but depends on the availability of experimental data. This work has also developped new no-contact measurement techniques as the use of a high-frequency pyrometer which can be applied on rotating machines for monitoring temperature

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Guimard, Laura. "Étude du comportement et modélisation d’une installation de dessalement d’eau de mer par distillation soumise à des régimes transitoires." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1025/document.

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L’eau est une ressource qui va manquer dans les prochaines années, pourtant l’eau couvre ¾ de la planète et environ 97% de l’eau sur Terre est de l’eau salée. Du fait de sa nette abondance, dessaler l’eau de mer, ou les eaux saumâtres, est une solution présentant un immense attrait. C’est dans ce contexte global que s’inscrivent ces travaux. Le but de cette thèse est de modéliser des installations de dessalement d’eau de mer, basées sur la distillation multiple-effets (MED), soumises à des régimes transitoires. Ce procédé permet d’assurer à la fois une grande flexibilité aux variations de charge et des performances énergétiques élevées. Dans le cadre de cette étude, un couplage d’une usine MED avec une source d’énergie renouvelable, donc intermittente, est envisagé. Pour étudier le potentiel et la faisabilité d’un tel couplage, un modèle dynamique représentatif des installations MED est présenté. Ce modèle permet le suivi et l’étude de toutes les variables agissant sur les performances globales de l’installation ainsi que l’identification des variables critiques pouvant nuire au fonctionnement de ces installations en régime transitoire. Ce modèle a ensuite été couplé à un modèle d’une centrale solaire à concentration afin de conclure sur le potentiel d’une telle association. Pour pouvoir assurer un fonctionnement optimal de l’installation MED en régime transitoire, une stratégie de régulation est présentée et intégrée
Demand for water will continue to increase over the next decades, leading to more stress on limited resources and ecosystems. However, ¾ of the Earth is water and 97% of it is seawater. Therefore, it is highly interesting to desalinate seawater. It is within this framework that this work was carried out. The goal of this PhD was to model desalination plants, based on the Multiple-Effect Distillation (MED) process, when they are operated under dynamic conditions. The MED plants are mature desalination processes with high energetic performances and are very flexible to load variations. For this study, a coupling between a MED plant and a renewable energy source, therefore transient, was assumed. To study the potential and the feasibility of such an association, a dynamic model representative of the MED plants was developed. With this, it is now possible to study the evolution of all the variables that have a consequence on the plant’s performances as well as to identify which variables are the most critical to the dynamic operation of the MED plant. This model was then combined with a concentrated solar power plant to conclude about the potential of this coupling. To assure an optimal operation of the MED plant under dynamic conditions, a regulation strategy was developed and implemented

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Wannassi, Manel. "Etude des transferts thermiques par batteries de jets pour la trempe du verre." Thesis, Valenciennes, 2013. http://www.theses.fr/2013VALE0022/document.

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La trempe à l’air est largement utilisée dans les procédés de production de verre de sécurité. L’obtention d’une distribution de contraintes adéquate requiert un refroidissement intense et homogène à la fois, et ces deux propriétés sont difficiles à obtenir sur la courte durée de la trempe. Les batteries de jets utilisées dans la plupart des systèmes de trempe produisent un refroidissement adéquat mais souffrent d’inhomogénéité, à l’origine de défauts de trempe et de casse durant le processus.L’objectif de cette thèse est d’explorer des nouvelles configurations qui améliorent l’homogénéité du refroidissement en préservant son intensité. L’approche choisie consiste à implanter des jets rotatifs dans les réseaux de manière à accentuer le mélange des jets avant impact. Les études ont été menées principalement par simulation numérique, corroborées par des visualisations par enduit gras sur un banc d’essai dédié, conçu et réalisé dans le cadre de cette thèse.La première phase a été consacrée à la conception des générateurs de jets rotatifs et à l’étude de leur dynamique en mode isolé. Le développement d’une structure tourbillonnaire se formant à l’entrée de chaque lobe du dispositif de mise en rotation a été mis en évidence. L’interaction des jets rotatifs dans le réseau de refroidissement constitue la deuxième phase. Il apparait que la structure cellulaire du schéma d’impact n’est que marginalement perturbée par les jets rotatifs et que la présence de ces derniers n’influe que peu sur la dynamique de l’écoulement. Enfin, la modélisation détaillée des transferts de chaleur sur la plaque d’impact montre que les jets rotatifs ne contribuent que faiblement au refroidissement, mais que l’interférence avec le réseau de jets simples augmente légèrement le transfert de chaleur local au niveau de leur impact. Sans avoir obtenu les résultats escomptés, cette thèse a toutefois montré la complexité du système et le couplage fort entre les phases d’alimentation et d’évacuation de l’air de refroidissement
Air quenching is widely applied in security glass manufacturing processes. Proper residual stresses distribution requires strong and homogeneous cooling and both are difficult to achieve over the very short time of the tempering process. Jet arrays used in most processes provide with sufficient cooling but suffer from inherent inhomogeneity, leading to quality loss of the glass product and, in extreme cases, to unacceptable breaking numbers during production.The objective of the present study is to investigate ways to improve cooling homogeneity while maintaining efficiency. For this purpose, swirling jets are located inside the jet arrays to enhance jet mixing prior to impingement. Numerical simulation is performed, corroborated by oil flow visualization and a dedicated test bench has been designed and set up within the frame of this thesis.The first part was concerned with the design of swirlers and their dynamic behaviour in standalone mode. It has been shown that a vortex is forming at the inlet of each swirl compartment. Inserting the swirlers within jet arrays constitutes the seconf phase. It turns out that the cellular structure of the impingement pattern is only marginally affected by the swirlers, which have a weak influence on the flow dynamics. Last, the detailed heat transfer modeling on the impingement surface shows that the swirlers themselves do barely contribute to the overall cooling, while the coupling with the simple jet array slightly improves the local heat transfer close to the impingement area. Although the expected outcome was not achieved, this thesis showed the flow complexity as well as the strong coupling between the feeding and the exhaust phases experienced by the cooling air

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Ji, Shengcheng. "Simulation 3D des ondes de batillage générées par le passage des bateaux et des processus associée de transport de sédiments." Thesis, Compiègne, 2013. http://www.theses.fr/2013COMP2068/document.

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Les ondes de batillage générées par l’avancement des bateaux détruisent les rives des voies navigables et accélèrent les phénomènes d’érosion aussi bien au niveau des berges qu’au niveau du fond du canal. Leurs caractéristiques cinématiques dépendent de la vitesse, de l’enfoncement, du chargement du bateau et également de la profondeur de la voie navigable. En outre, les masses d’eau accélérées par l’immersion des bateaux et par leur système propulsif, induisent la remise en suspension d’une grande quantité de sédiments et provoquent l’érosion du fond de la voie navigable.Dans cette thèse, un modèle numérique 3D est présenté pour simuler la génération de ces ondes de batillage. Ce modèle, basé sur les équations de Navier-Stokes (RANS), a été couplé à un modèle d’advection-diffusion 3D pour caractériser la répartition et le mode de transport sédimentaire au passage du bateau. Ce couplage est mis en oeuvre avec prise en compte des effets des hélices du système propulsif du bateau
Ship-generated waves in restricted waterways lead to the stream banks erosion and cause environmental damage which harms fish, plants, benthos, plankton, etc. They also alter the channel morphology because of the resuspension and transport of bed material by accelerated flows caused by moving-ships. The magnitude of these waves depends mainly on the geometrical and kinematical parameters of the convoy.The objective of this study is to predict the relationship between these geometrical and kinematical parameters and the amplitude of ship-generated waves as well as the water plane drawdown. Numerical simulations are conducted by solving the 3-dimensional Navier-Stokes equations along with the k-ε model for turbulent processes. The results are compared firstly with the empirical models and secondly with experimental measurements performed by the French Compagnie Nationale of Rhône (CNR). The exitance of the propeller increases the sediment in suspension. Therefore, the relationships between the re-suspended sediments and the advancing speeds of the convoy, the wakes generated by the moving convoy, as well as the number of barges are studied by adding 3D advection-diffusion equation and a propeller model

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Kewalramani, Gagan Vikram. "Experimental and theoretical analysis of a turbulent two-phase jet." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0012.

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L'objectif de la présente thèse est d'étudier les jets diphasiques liquide-liquide. Les caractéristiques d'un jet diphasique (distinct d'un jet monophasique) sont la fragmentation du fluide injecté et l'échange d'énergie entre les fluides. La mesure expérimentale de la dynamique des vitesses dans un jet diphasique est habituellement un défi du fait de leur opacité. Pour accéder optiquement à la dynamique d'un jet diphasique, un fluide transparent à indice de réfraction égal à celui de l'eau (appelé fluide Cargille) mais avec une densité environ deux fois plus élevée que l'eau est injecté dans le réservoir d'eau. En ajoutant un colorant fluorescent au fluide transparent et un ensemencement par des particules, la dynamique du fluide est accessible optiquement lorsqu'il est éclairé par un laser. Une procédure pour obtenir des informations sur la dynamique des gouttes et sa relation avec la vitesse du fluide porteur à l'aide d'images acquises à grande vitesse est détaillée dans cette thèse. Pour étudier les jets diphasiques, deux montages expérimentaux (i) JaLaD et (ii) JeDi sont développés. Les travaux de cette thèse peuvent être classés en plusieurs parties qui sont expliquées comme suit. Partie-I : Analyse PTV : l'algorithme de Particle Tracking Velocimetry (PTV) Track est utilisé sur les expériences JaLad. Avec le logiciel de PTV Track, les trajectoires lagrangiennes du liquide fragmenté sont analysées. Une procédure de détection de la fragmentation primaire, des fragmentations secondaires et des collisions a été développé. La méthodologie de la détection de la fragmentation et des collisions est également vérifiée avec des images générées synthétiquement. Partie II : Analyse du jet monophasique : Avant d'aborder la mesure d'un jet diphasique, les jets monophasiques sont étudiés sur les expériences JeDi. Les contraintes turbulentes de Reynolds sont développées pour obtenir une expression mathématique de la dissipation de l'énergie cinétique turbulente et sa dissipation. Partie III : Mesure et analyse simultanées PTV-PIV : dans les expériences JeDi, une mesure simultanée des deux fluides est effectuée. Les méthodes de flux optique et de vélocimétrie par image de particules (PIV) sont utilisés pour mesurer les caractéristiques de la phase dispersée (Cargille) et du fluide porteur (eau) respectivement. Pour cette partie de la thèse, un laser de 527 nm et deux caméras sont utilisées. La caméra 1 avec un filtre passe-haut (λ > 530 nm) et caméra 2 avec un filtre passe-bas (λ < 530 nm) sont synchronisées avec le laser. Les deux systèmes enregistrer des images au même instant dans le temps et visualisent le même plan. Avec cet arrangement, la caméra 1 enregistre uniquement le signal LIF dans le Cargille et la caméra 2 enregistre uniquement le signal PIV dans l'eau. Les images enregistrées sont traitées pour obtenir la vitesse moyenne des deux phases. Un modèle intégral simple pour l'entraînement et l'atomisation basée sur des quantités moyennes eulériennes pondérées par la densité est enfin développée et validé par des résultats expérimentaux
The objective of the present thesis is to study two-phase liquid-liquid jets. Someof the features of a two-phase jet (distinct from single phase jet) are fragmentation ofthe injected fluid and energy exchange between fluids. Experimental measurementof the velocity dynamics in a two-phase jet is challenging because it's opacity. Tooptically access the dynamics of a two-phase jet, a transparent fluid with refractiveindex equal to water (referred as Cargille fluid) but with density twice as water isinjected into water tank. By adding a fluorescent dye to the transparent fluid andseeding particles to water, the dynamics of both the fluid are accessible opticallywhen illuminated by laser. A procedure to obtain information of the dynamics ofthe drops and its relation with velocity of the carrier fluid using high speed imagesis detailed in this thesis. To study two phase jets, two experimental setup (i) JaLaDand (ii) JeDi are developed. The work in this thesis can be categorized into severalparts that are explained as follows.Part-I: PTV analysis: Particle Tracking Velocimetry (PTV) algorithm Track isused on JaLad experiments. With PTV software Track, the Lagrangian trajectoriesof the fragmented liquid are analyzed. A procedure to detect primary fragmentation,secondary fragmentation and collision is developed. The methodology of fragmentationand collision detection is also verified with synthetically generated images.Part II: Single phase jet analysis: Before stating the measurement of a twophasejet, single-phase jets are studied on JeDi experiments. Relations to describeReynolds turbulent stress are developed to obtain a mathematical expression forturbulent kinetic energy dissipation and its dissipation.Part III: Simultaneous PTV-PIV measurement and analysis: In JeDi experiments,simultaneous measurement of both the fluids is perfomed. Optical flow and ParticleImage Velocimetry (PIV) are used for measuring dispersed phase (Cargille) andcarrier fluid (water) velocity respectively. For this part of the thesis, two lasers andtwo cameras are used. Camera 1 with a high pass filter (λ > 530 nm) and Camera 2with a low pass filter (λ < 530 nm) are synchronized with two lasers. Both systemsrecord images at the same instant in time and view the same plane. With the followingarrangement, Camera 1 only records the LIF signal in Cargille and Camera2 only records the PIV signal in water. The recorded images are processed to obtainthe average velocity of both phases. A simple integral model for entrainment andatomization based on Eulerian mass weighted average quantities is finally developedand validated against experimental results

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Jurczuk, Krzysztof. "Calcul parallèle pour la modélisation d'images de résonance magnétique nucléaire." Thesis, Rennes 1, 2013. http://www.theses.fr/2013REN1S089.

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L'objet de cette thèse est la modélisation computationnelle de l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), appliquée à l'imagerie des réseaux vasculaires. Les images sont influencées par la géométrie des vaisseaux mais aussi par le flux sanguin. Par ailleurs, outre la qualité des modèles développés, il est important que les calculs soient performants. C'est pourquoi, le calcul parallèle est utilisé pour gérer ce type de problèmes complexes. Dans cette thèse, trois solutions sont proposées. La première concerne les algorithmes parallèles pour la modélisation des réseaux vasculaires. Des algorithmes dédiés à différentes architectures sont proposés. Le premier est basé sur le modèle de « passage de messages » pour les machines à mémoires distribuées. La parallélisation concerne l'irrigation de nouvelles zones de tissu par les vaisseaux existants. Le deuxième algorithme est dédié aux machines à mémoire partagée. Il parallélise également le processus de perfusion mais des processeurs différents se chargent de gérer les différents arbres vasculaires. Le troisième algorithme est une combinaison des approches précédentes offrant une solution pour les architectures parallèles hybrides. Les algorithmes proposés permettent d'accélérer considérablement la croissance des réseaux vasculaires complexes, ce qui rend possible la simulation de structures vasculaires plus précises, en un temps raisonnable et aide à améliorer le modèle vasculaire et à tester plus facilement différents jeux de paramètres. Une nouvelle approche de modélisation computationnelle des flux en IRM est également proposée. Elle combine le calcul de flux par la méthode de Lattice Boltzmann, la simulation IRM par le suivi temporel de magnétisations locales, ainsi qu'un nouvel algorithme de transport des magnétisations. Les résultats montrent qu'une telle approche intègre naturellement l'influence du flux dans la modélisation IRM. Contrairement aux travaux de la littérature, aucun mécanisme additionnel n'est nécessaire pour considérer les artéfacts de flux, ce qui offre une grande facilité d'extension du modèle. Les principaux avantages de cette méthode est sa faible complexité computationnelle, son implémentation efficace, qui facilitent le lancement des simulations en utilisant différents paramètres physiologiques ou paramètres d'acquisition des images. La troisième partie du travail de thèse a consisté à appliquer le modèle d'imagerie de flux à des réseaux vasculaires complexes en combinant les modèles de vaisseaux, de flux et d'acquisition IRM. Les algorithmes sont optimisés à tous les niveaux afin d'être performants sur des architectures parallèles. Les possibilités du modèle sont illustrées sur différents cas. Cette démarche de modélisation peut aider à mieux interpréter les images IRM grâce à l'intégration, dans les modèles, de connaissances variées allant de la vascularisation des organes jusqu'à la formation de l'image en passant par les propriétés des flux sanguins
This PhD thesis concerns computer modeling of magnetic resonance imaging (MRI). The main attention is centered on imaging of vascular structures. Such imaging is influenced not only by vascular geometries but also by blood flow which has to been taken into account in modeling. Next to the question about the quality of developed models, the challenge lies also in the demand for high performance computing. Thus, in order to manage computationally complex problems, parallel computing is in use. In the thesis three solutions are proposed. The first one concerns parallel algorithms of vascular network modeling. Algorithms for different architectures are proposed. The first algorithm is based on the message passing model and thus, it is suited for distributed memory architectures. It parallelizes the process of connecting new parts of tissue to existing vascular structures. The second algorithm is designed for shared memory machines. It also parallelizes the perfusion process, but individual processors perform calculations concerning different vascular trees. The third algorithm combines message passing and shared memory approaches providing solutions for hybrid parallel architectures. Developed algorithms are able to substantially speed up the time-demanded simulations of growth of complex vascular networks. As a result, more elaborate and precise vascular structures can be simulated in a reasonable period of time. It can also help to extend the vascular model and to test multiple sets of parameters. Secondly, a new approach in computational modeling of magnetic resonance (MR) flow imaging is proposed. The approach combines the flow computation by lattice Boltzmann method, MRI simulation by following discrete local magnetizations in time and a new magnetization transport algorithm together. Results demonstrate that such an approach is able to naturally incorporate the flow influence in MRI modeling. As a result, in the proposed model, no additional mechanism (unlike in prior works) is needed to consider flow artifacts, what implies its easy extensibility. In combination with its low computational complexity and efficient implementation, the solution is a user-friendly and manageable at different levels tool which facilitates running series of simulations with different physiological and imaging parameters. The goal of the third solution is to apply the proposed MR flow imaging model on complex vascular networks. To this aim, models of vascular networks, flow behavior and MRI are combined together. In all the model components, computations are adapted to be performed at various parallel architectures. The model potential and possibilities of simulations of flow and MRI in complex vascular structures are shown. The model aims at explaining and exploring MR image formation and appearance by the combined knowledge from many processes and systems, starting from vascular geometry, through flow patterns and ending on imaging technology

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Grondeau, Mikaël. "Modélisation des effets de sillage d'une hydrolienne avec la méthode de Boltzmann sur réseau." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC257/document.

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Dans un contexte mondial où l’accès à l’énergie est un problème de premier plan, l’exploitation des courants de marée avec des hydroliennes revête un intérêt certain. Les écoulements dans les zones à fort potentiel énergétique propices à l’installation d’hydroliennes sont souvent fortement turbulents. Or la turbulence ambiante impacte fortement l’hydrodynamique avoisinante et le fonctionnement de la turbine. Une prédiction fine de la turbulence et du sillage est fondamentale pour l'optimisation d'une ferme d'hydroliennes. Un modèle de simulation de l'écoulement autour de la turbine doit donc être précis et tenir compte de la turbulence ambiante. Un outil basé sur la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) est utilisé à ces fins, en association avec une approche de simulation des grandes échelles (LES). La LBM est une méthode instationnaire de modélisation d’écoulement fluide. Une méthode de génération de turbulence synthétique est implémentée afin de prendre en compte la turbulence ambiante des sites hydroliens. Les géométries complexes, potentiellement en mouvement, sont modélisées avec la méthode des frontières immergées (IBM). La mise en place d’un modèle de paroi est réalisée afin de réduire le cout en calcul du modèle. Ces outils sont ensuite utilisés pour modéliser en LBM-LES une hydrolienne dans un environnement turbulent. Les calculs, réalisés à deux taux de turbulence différents, sont comparés avec des résultats expérimentaux et des résultats NS-LES. Les modélisations LBM-LES sont ensuite utilisées pour analyser le sillage de l'hydrolienne. Il est notamment observé qu'un faible taux de turbulence impacte de manière significative la propagation des tourbillons de bout de pale
In a global context where access to energy is a major problem, the exploitation of tidal currents with tidal turbines is of particular interest. Flows in areas with high energy potential suitable for the installation of tidal turbines are often highly turbulent. However, the ambient turbulence has a strong impact on the surrounding hydrodynamics and the turbine operation. A precise prediction of turbulence and wake is fundamental to the optimization of a tidal farm. A numerical model of the flow around the turbine must therefore be accurate and take into account the ambient turbulence. A tool based on the Lattice Boltzmann Method (LBM) is used for this purpose, in combination with a Large Eddy Simulation (LES) approach. The LBM is an unsteady method for modelling fluid flows. A synthetic turbulence method is implemented to take into account the ambient turbulence of tidal sites. Complex geometries, potentially in motion, are modelled using the Immersed Boundary Method (IBM). The implementation of a wall model is carried out in order to reduce the cost of the simulations. These tools are then used to model a turbine in a turbulent environment. The calculations, performed at two different turbulence rates, are compared with experimental and NS-LES results. The LBM-LES models are then used to analyze the wake of the turbine. In particular, it is observed that a low turbulence rate has a significant impact on the propagation of tip-vortices

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Дисертації з теми "CFD - Dynamique des fluides computationnelle"

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