Дисертації: "Refroidissement par film fluide"

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Miron, Petre. "Etude expérimentale des lois de parois et du film de refroidissement produit par une zone multiperforée sur une paroi plane. : Application au refroidissement des chambres de combustion des moteurs aéronautiques." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3030.

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Анотація:

L'optimisation des systèmes de refroidissement de la chambre de combustion d'un turbomoteur reste aujourd'hui un enjeu majeur pour le motoriste. Le travail présenté dans cette thèse constitue une étude aérodynamique expérimentale de la technique de refroidissement par multiperforations d'une plaque plane à l'échelle 10:1. Un soin tout particulier a été apporté au développement du banc d'essais afin d'obtenir des conditions aux limites bien définies permettant ainsi une utilisation ultérieure pertinente des résultats de mesure pour une comparaison avec des résultats de modélisations numériques. Les mesures de vélocimétrie laser (Laser Doppler Anemometry) ont permis d'analyser l'influence du taux de soufflage et du nombre de Reynolds de l'écoulement principal sur la variation du film de refroidissement le long de la zone multiperforée ainsi qu'en aval des multiperforations. La forme en haricot des jets et les vortex contrarotatifs sont mis en évidence et la vitesse de frottement et le coefficient de frottement sont déterminés expérimentalement au sein des multiperforations. Des corrélations caractérisant la hauteur de pénétration des jets et l'épaisseur du film de refroidissement sont élaborées. Enfin, tous les résultats des mesures ont permis la création d'une base de données utilisable pour l'évaluation et la validation des futurs codes de calcul dans les simulations des écoulements au travers les parois multiperforées
The optimisation of turbocraft combustion chamber cooling systems is nowadays one of the main challenges engineers have to deal with. The current work presents an experimental aerodynamic study of the multiholed cooling technique on a 10:1 scale flat plate. A great deal of attention has been paid during the development of the test rig to obtain clearly identified boundary conditions that are necessary to perform a relevant comparison between the present experimental results and related numerical simulations. LDA velocity measurements allowed to investigate the blowing rate and Reynolds number influence on the film cooling evolution in the middle and downstream the perforated zone. The kidney shape and the contra rotating pair vortex are investigated and then friction velocity and friction coefficient are experimentally estimated in the multiperforated region. Depth jet penetrations and film cooling thickness correlations are elaborated. Finally, all experimental results will be used to evaluate and validate future codes needed to simulate flows over multiperforated walls

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Zouitene, Saâd. "Étude numérique et expérimentale du refroidissement des convertisseurs auxiliaires de puissance dans les trains par convection naturelle, film liquide et caloduc." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0016/document.

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Cette thèse porte sur l’étude et l’optimisation du refroidissement des convertisseurs électriques de puissance (CVS) utilisés dans les trains. Ces composants de grandes dimensions sont lourds, bruyants, et représentent un gouffre énergétique à cause de leur système de refroidissement composé de ventilateur. Nous analysons d’autres types de refroidissements économiques et efficaces. Nous étudions numériquement sous Comsol Multiphysics le refroidissement des CVS par convection naturelle en utilisant l’effet cheminée et par film liquide en exploitant le changement de phase pour évacuer le maximum de chaleur. Les résultats numériques sont validés avec les résultats issus de la littérature et ceux obtenus expérimentalement grâce à un dispositif réalisé pour cette étude. Les résultats obtenus ont permis de constater que la convection naturelle n’est pas suffisante pour évacuer la chaleur et que le refroidissement par film liquide représente une solution très efficace. Nous avons aussi étudié expérimentalement l’efficacité du refroidissement par caloducs. L’influence de la répartition de la chaleur a aussi été analysée pour optimiser l’emplacement des composants électroniques dans le CVS. Une comparaison générale de tous les résultats a permis de proposer le système le plus optimiser en fonction des paramètres choisis
This thesis is about a study and optimization of the cooling electric power converters (CVS) used in trains. These components are heavy, noisy, and are not energetically efficient. We analyze other types of economic and efficient cooling. We used Comsol Multiphysics to study numerically CVS cooling by natural convection using the chimney effect and liquid film by exploiting the phase change to evacuate heat. The numerical results are validated with the results from literature and those obtained experimentally. The results have shown that natural convection is not sufficient to evacuate the heat and the cooling by liquid film represents an interesting solution. We also studied experimentally the effect of the heat pipe cooling. The influence of the heat distribution was also analyzed to optimize the location of the electronic components in the CVS. A general comparison of all results was proposed to optimize the cooling system

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Subramanian, Arunprasath. "Contribution to Aerothermal Study of a Film Cooling Geometric Design using ZnO Phosphorescence Thermography and Numerical Simulations." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2022. http://www.theses.fr/2022ESMA0006.

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Le refroidissement par film froid des aubes des turbines aéronautiques d’avion est utilisé depuis quelques décennies pour augmenter la température d'entrée de la turbine (TIT) et ainsi augmenter la poussée, et également pour prolonger la durée de vie de l'aube de turbine. Les normes d'émission strictes des polluants encouragent l'amélioration de l'efficacité globale de la turbine et donc l’optimisation du processus de refroidissement par film. C’est une technique par convection forcée dans laquelle un jet froid est injecté à travers des trous discrets à la surface de l'aube de turbine de manière à former une couche d'air frais sur la surface de l'aube protégeant efficacement l'aube des flux à très haute température résultant de la combustion. Ce principe peut être étudié académiquement comme un jet débouchant dans un écoulement transverse. Cet écoulement est très complexe parce que de nombreuses structures cohérentes turbulentes se développent et interagissent les unes avec les autres. L'un des systèmes de tourbillons les plus importants est la paire de tourbillons contra-rotatifs (CRVP) résultant des contraintes de cisaillement qui se développent dans la couche de mélange supérieure entre le jet débouchant et le jet principal. La courbure du jet débouchant le long de la direction du flux transversal intensifie le développement du CRVP qui augmente ainsi le mélange entre les deux écoulements, ce qui réduit l'efficacité du film de refroidissement. Par conséquent, dans cette étude, une organisation spatiale de trous auxiliaires est étudiée expérimentalement et numériquement pour réduire l'intensité de l’influence du CRVP, ce qui contribue finalement à augmenter l'efficacité du refroidissement du film adiabatique. Les trous auxiliaires, placés en amont du trou principal, permettent de réduire l'intensité du CRVP issu du trou principal du fait de la diminution des contraintes de cisaillement subies par le jet issu du trou principal. Dans cette thèse, une méthode numérique basée sur des simulations RANS utilisant le modèle de turbulence k-ω SST a été utilisée pour optimiser l’organisation spatiale des trous auxiliaires et pour avoir une compréhension préliminaire de ces interactions de structures cohérentes. Une étude détaillée de la structure instationnaire de l'écoulement a également été réalisée à l'aide de la simulation aux grandes échelles L.E.S. Pour étudier expérimentalement les champs de température dans le fluide, une métrologie de mesure de température a été spécialement développée : la thermométrie utilisant le rapport d’intensités spectrales d’émission de phosphorescence du ZnO à l’aide d’une seule caméra intensifiée. Cette technique permet la mesure de la température instantanée et moyenne de manière non intrusive. Une analyse détaillée des propriétés d'émission du luminophore ZnO excitée par un laser à 266 nm est décrite. Une procédure d'étalonnage a été développée et testée dans une cavité Rayleigh-Bénard remplie d’eau. Ensuite, cette procédure a été mise en œuvre sur le nouveau banc d'essai BATH pour étudier expérimentalement le film de refroidissement dimensionné par la simulation RANS pour trois taux de soufflage. L'analyse des résultats expérimentaux et numériques aide à identifier les structures cohérentes clés, conduisant à une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu et à appréhender l'augmentation de l'efficacité de refroidissement du film dans le système de trous auxiliaires par rapport à un trou cylindrique simple classique
Film cooling of aircraft gas turbine blades has been in use since a few decades now to improve the Turbine Inlet Temperature (TIT) and to extend the lifetime of the turbine blade. Additionally, stringent emission norms stipulate the improvement of overall efficiency of the gas turbine engine and hence the need to improve film cooling process. Film cooling is a technique where a cold jet is injected through discrete holes on the surface of the turbine blade, so as to form a layer of cool air over the surface of the blade, effectively protecting the blade from high temperature crossflows arising from the combustion chamber. This problem can be viewed as a Jet In Cross-Flow (JICF) phenomena where the interaction of the crossflow with a jet injected perpendicular or at an angle creates a system of vortices. One of the most important vortex systems in this arrangement is the Counter Rotating Vortex Pair arising from the shear forces at the sides of the ejecting jet with the crossflow primarily. The bending of the jet along the direction of the crossflow promotes the CRVP to ingest hot crossflow into the jet stream which reduces the effectiveness of the film cooling system. Hence, in this study, an auxiliary hole system is studied experimentally and numerically to reduce the intensity and the height of the CRVP which eventually helps in an augmented adiabatic film cooling effectiveness. The auxiliary holes placed upstream of the main film cooling hole reduces the intensity of the main hole CRVP due to the reduction in the shear forces experienced by the jet emanating from the main hole. In this thesis numerical analysis through RANS study using k-ω SST turbulence model to have a preliminary understanding of the auxiliary hole system and a detailed understanding of the flow structure using Large Eddy Simulation are performed. The highlight of this work is the development of single camera phosphor thermometry using the spectral intensity ratio method. This technique allows the measurement of the instantaneous and mean flow temperature non-intrusively. A detailed analysis of the emission properties of ZnO phosphor upon excitation by a 266nm laser is described. A calibration procedure for the intensity ratio method is defined and it is tested using a Rayleigh-Bénard natural convection process. This phosphor thermometry procedure with the validated code is implemented on the new BATH test Rig to study film cooling arrangements. Three different configurations are tested for their aero-thermal characteristics at penetration blowing ratio regime. Analysis of the experimental and numerical results help in identifying key vortex structures, leading to the better understanding of reasons for the augmentation of film cooling effectiveness in the auxiliary hole system compared to a classical simple cylindrical hole

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Descoins, Jacques. "Caractérisation de techniques de refroidissement de paroi : application de la thermographie infrarouge au cas du soufflage pariétal." Toulouse, ENSAE, 1991. http://www.theses.fr/1991ESAE0004.

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L'évaluation de la température d'un élément de paroi d'une chambre de combustion nécessite la connaissance des différents échanges conductifs, radiatifs et convectifs. En aval d'une injection de film pariétal, le calcul des échanges convectifs cote film passe par la détermination locale de la température adiabatique de paroi (ou efficacité) ainsi que du coefficient d'échange convectif local. Dans ce but, une chaine de thermographie infrarouge a été utilisée, permettant de mesurer des cartes de température de paroi. Une méthode de mesure de coefficient d'échange convectif local, sur paroi mince, à partir de l'évolution de la température locale de paroi en régime instationnaire, a été développée et validée sur des expériences en convection forcée sur plaque plane. L'étude du film pariétal à travers une fente a été réalisée sur un banc d'essais alimenté par deux écoulements d'air à vitesse et température variables. Les influences du rapport des vitesses des écoulements, de la préturbulence de l'écoulement principal et d'un gradient de pression longitudinal sur l'efficacité de film et le coefficient d'échange local ont été étudiées. L'ensemble des résultats est rassemblé sous forme de corrélations d'efficacité et de coefficient d'échange convectif.

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Guignard, Olivier. "Vers une modélisation combinée des échanges thermiques conductifs, convectifs et radiatifs dans des chambres de combustion aéronautiques." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2005. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/oguignard.pdf.

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Le niveau de température atteint dans les turboréacteurs modernes menace la tenue mécanique des parois de confinement. Des prélèvements d'air sont nécessaires, qui pénalisent le rendement aérothermique global. Pour les optimiser, les concepteurs utilisent des descriptions numériques de plus en plus élaborées. Pour reproduire l'interaction entre les différents modes de transfert de chaleur significatifs, les codes de simulation associés doivent échanger leurs résultats. Mais les approches de type "couplage" demeurent très onéreuses sur le plan informatique. Des techniques de "chaînage" pourraient permettre d'approcher à coût réduit les propriétés thermiques de l'écoulement. Une méthodologie de détermination du coefficient d'échange convectif des films de refroidissement est ici examinée. L'étude théorique et une application pratique permettent de mettre en évidence l'erreur conceptuelle dont souffre cette méthodologie. Une proposition de substitution permet de corriger cette erreur
The temperature levels reached in modern jet engines threaten the mechanical hold-up of confining walls. Air bleeding is necessary, which deteriorates the global aerothermal efficiency. In order to optimize it, designers use more and more elaborate numerical descriptions. In order to reproduce interactions between the various significant heat transfer modes, the corresponding simulation codes must exchange their outputs. However "coupling" type approaches remain very expensive from a computing point of view. "Chaining" type techniques could allow to approach the termal properties of the flow at a reduce cost. A methodology for the determination of the convection coefficient for cooling films is examined. Theoretical study and a practical application allow to underscore the conceptual error this methodology is suffering from. An alternative methodology is proposed to correct this error

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Alsayed, Ahmad. "Contribution à la lubrification par film fluide : analyse par volumes finis." Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2276.

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Les méthodes numériques utilisées pour résoudre les problèmes en lubrification sont : différences finies, volumes finis et éléments finis. Dans une première phase nous avons comparé les résultats obtenus avec les deux premières méthodes. Pour des géométries où l'épaisseur du film varie de façon continue la méthode des volumes finis permet de vérifier la conservation de la masse sur l'ensemble du contact. Lorsque le film lubrifiant présente une discontinuité géométrique, la méthode des différences finies conduit à des résultats erronés. Nous avons développé une approche en volumes finis où la discontinuité du champ de pression est décrite par l'équation de Bernoulli généralisée. Enfin nous développons une méthode de volumes finis qui permet de traiter des géométries quelconques. Nous avons appliqué cette modélisation pour calculer les performances d'un palier hybride comportant des alvéoles de formes quelconques (rectangulaires, triangulaires et circulaires)
The numerical methods used to solve the problems in lubrication are : finite difference, finite volume and finite element. In a first step we compared the results obtained with the first two methods. For geometry where the film thickness varies continuously, the finite volume method allows to check the conservation of the mass on the entire contact area. When the lubricating film has a geometrical discontinuity, the finite difference method leads to erroneous results. We developed an approach using the finite volume where the discontinuity of the pressure field is described by a generalized Bernoulli equation. Finally we develop a finite volume method which makes possible to treat arbitrary geometris. We applied this modeling to calculate the performances of a hybrid journal bearing comprising pockets of non - conventional form (rectangular, triangular and circular)

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Ouattara, Aboubacar. "Caractérisation du refroidissement par jet liquide impactant une plaque métallique à haute température : Iinfluence de la composition du fluide sur le flux extrait." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10048/document.

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Dans le cadre de cette thèse, il s’agit de voir l’influence de la composition du fluide sur le flux extrait. En effet l’eau utilisée pour le refroidissement des bandes d’acier en sortie de laminoir est recyclée et est potentiellement polluée par des résidus d’huile provenant de la lubrification des cylindres de laminoir. Nous avons conçu un dispositif expérimental original qui consiste à chauffer sur sa face supérieure un disque en Nickel à des températures de l’ordre de 600°C grâce à un dispositif d’induction électromagnétique et ensuite à le refroidir par un jet impactant. La face non refroidie est accessible à une mesure par thermographie infrarouge. Ces conditions de mesures nous ont permis d’estimer le flux extrait sur la face supérieure (lieu du refroidissement) à partir des mesures de température par thermographie infrarouge sur la face inférieure à l’aide d’un modèle de conduction inverse spécifiquement développé. Les résultats ont permis de montrer que la présence d’huile, si elle dégrade le flux maximal extrait dans certaines zones, conduit à une cinétique globale du refroidissement supérieure à celle de l’eau pure
In this work, we are interested in the influence of the fluid’s composition on the cooling flux. In fact water used for cooling is recycled and can be potentially polluted by residues oil from the lubrication of rolling cylinder. We have designed an original experimental device which consists of heating a Nickel disk on its upper face at temperatures of 600°C through electromagnetic induction and then cooling it by jet impingement. The reverse face is available by infrared thermography measurements. These conditions allowed us to estimate the heat flux on the upper face (the cooling area) by infrared thermography measurements with a specific inverse heat conduction model. The results showed that the presence of oil, if it degrades the maximum cooling flux in some areas, led to a better overall cooling than that obtained with pure water

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Tantolin, Christian. "Refroidissement de composants électroniques de puissance par immersion dans un fluide diélectrique : étude des échanges par ébullition-condensation-convection." Lyon, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAL0053.

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Dans le domaine ferroviaire, les composants électroniques de puissance, places dans une cuve étanche et ailetée, sont refroidis par ébullition d'un fluide diélectrique: R113 ou FC72. La vapeur générée se condense sur la paroi de la cuve refroidie extérieurement par une convection forcée d'air. Dans un tel système, de nombreux modes de transfert thermique interviennent: ébullition confinée pour les semi-conducteurs, condensation sur la paroi interne ailetée du tube, échange convectif, d'une part entre la paroi et l'air externe, d'autre part entre la paroi et le fluide diélectrique. De plus, il y a interaction entre le jet diphasique issu des semi-conducteurs et le fluide environnant. Cette interaction modifie les mouvements convectifs dans la cuve et donc l'échange convectif interne entre le liquide et la paroi. Tous ces phénomènes étant couples, l'étude de l'échange thermique global est complexe. Une étude expérimentale a permis de dégager les paramètres qui ont le plus d'influence sur les performances thermiques du système. Par ailleurs, différents modèles élémentaires, un pour chaque mode de transfert, ont été développés puis couples afin d'établir un modèle de fonctionnement thermique d'une cuve. La concordance entre les résultats théoriques et expérimentaux est assez bonne. Avec le modèle, l'influence thermique résultant de la modification d'un paramètre est conforme à l'expérience, par conséquent, ce modèle sera très utile lors de la phase de conception d'une cuve
In railways traction, power electronic components are cooled with boiling of a dielectric fluid (Rl 13 or FC72) inside a finned sealed tank. Vapour is condensed on the tank wall which is cooled by an external air-flow. In such a system, many heat transfer mechanisms occur : confined boiling for the components, condensation on the internal finned wall, convective heat transfer between the wall and the external air flow and between the wall and the enclosed liquid. Furthermore, the interaction between the two-phase jet issuing from the heat sources and the enclosed liquid influences the convective flows in the tank, and then influences the convective heat transfer. As each mechanism depends on the other, the heat transfer study in the tank is complex. A experimental study allows the identification of the main parameters influencing the thermal performance of the system. Moreover, several models were developed (one for each heat transfer mechanism) in order to establish a global model of the tank. The agreement between theoretical and experimental results is good. Furthermore, the thermal effects due to the modification of a parameter are the same for the model and the experiment, thus this model can be used for the design of the tank

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Fournier, Christophe. "Calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence d'un film de refroidissement." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0003.

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L'objectif de cette thèse est le développement d'un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence de film de refroidissement. Le refroidissement des étages haute pression des turbines aéronautiques est assuré par des injections discrètes de fluide froid à la paroi des éléments les constituant. La puissance actuelle des calculateurs ne permet pas un calcul complet de tels écoulements. Nous avons développé un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence d'une ou plusieurs rangées de jets discrets. La périodicité de l'écoulement est utilisée pour réaliser un couplage entre un calcul de l'écoulement moyen transversal et un moèle de calcul de jets. Les équations tridimensionnelles sont integrées spatialement sur la distance séparant deux jets consécutifs. Des équations bidimensionnelles, moyennes en espace, sont obtenues. Elles contiennent des termes sources traduisant la présence des jets. Les termes sources sont determinés à l'aide du modèle de calcul de jets. Réciproquement, l'écoulement transversal, nécessaire à la réalisation du calcul de jets, est déduit du calcul de l'écoulement moyen. Les résultats présentés montrent que le comportement global d'un jet unique est correctement reproduit par le modèle. L'application de la méthode au traitement d'une rangée de jets se développant sur plaque plane permet d'obtenir le champ de vitesse tridimensionnel de l'écoulement. Cependant les limites de la méthode, notamment sur le plan thermique sont clairement mises en évidence. Enfin, l'évolution géometrique des jets disposés en rangée sur l'extrados d'une aube de turbine est correctement reproduite par le calcul
The aim of this thesis is the development of a computational method to simulate the development of viscous flow on a turbine blade with film cooling. Blade cooling is often achieved with tows of discrete jets of cold fluid introduced at the wall. At present, full three-dimensional calculations do not allow the treatment of such complex flows. A method has been developed to compute the blade boundary layer with discrete jets. The flow is assumed to be periodic. The three-dimensional equations are space averaged over the distance between two consecutive jets. The resulting two-dimensional equations contain source terms which take into account the jets. These terms are given by an integral jet calculation. The jet computation is achieved with the space averaged flow as an external transverse flow. The results show that the global jet behaviour is well calculated for a single jet. Results are also presented for a row of jets emerging on a flat palte. Although the predicted velocity field is in a good agreement with measurements, the method is not able to reproduce the correct thermal field. The model also predicts the correct geometrical jets evolution for a row injected on the suction side of a trubine blade

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MATIVET, ANNE. "Etude experimentale d'un procede de chauffage et de refroidissement par changement de phase du fluide caloporteur." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112389.

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L'amelioration des performances des procedes thermiques a adsorption passe par l'intensification des echanges thermiques dans les adsorbeurs afin de raccourcir les temps de cycles et d'augmenter ainsi les puissances specifiques. Les progres considerables realises recemment sur les proprietes de transfert thermique des adsorbants font apparaitre des limitations importantes sur le coefficient d'echange thermique fluide-paroi. Le recours aux transferts de chaleur par changement de phase du fluide caloporteur est une voie a explorer qui implique de bien caracteriser ces echanges en mode transitoire, mode dans lequel ils sont mal connus. Une etude experimentale est realisee afin de comprendre le comportement d'un tel systeme et d'etre ainsi capable de predire l'evolution des coefficients d'echange fluide-paroi au cours de cycles de chauffage et de refroidissement. La cellule d'essais, disposee verticalement, est un tube de cuivre tres epais, subdivisee en dix blocs permettant de bien cerner l'evolution du phenomene le long de la paroi. On etudie successivement la phase de chauffage, la phase de refroidissement puis des cycles ou sont enchaines chauffage et refroidissement. Les resultats montrent d'une part la faisabilite du systeme et d'autre part que l'utilisation de fluides a l'etat diphasique permet d'ameliorer nettement les transferts thermiques du cote fluide caloporteur par rapport aux fluides monophasiques. Sur la base d'etudes realisees en regime permanent, differents regimes d'ecoulement du film sont mis en evidence, en phase chauffage et en phase refroidissement, et des correlations permettant de calculer le coefficient d'echange thermique fluide-paroi, sont etablies. Ces resultats permettent de dimensionner et d'evaluer les performances d'une machine frigorifique a adsorption utilisant les changements de phase du fluide caloporteur et donc d'envisager des temps de cycle de l'ordre de quelques minutes.

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Duchêne, Christophe. "Étude numérique du refroidissement par film : phénomènes de base et application à la protection thermique des aubes de turbines." Nantes, 1995. http://www.theses.fr/1995NANT2118.

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L'objet de cette thèse concerne le refroidissement par film des aubes de turbines. La simulation numérique nous a permis d'étudier dans le détail les phénomènes d'interaction entre écoulement principal et jets de refroidissement. A cet effet, les équations de bilan des écoulements tridimensionnels, compressibles et turbulents sont intégrées sur des maillages composés de sous-domaines structures. La première partie de ce travail présente la méthode numérique utilisée: schémas numériques, modélisation de la turbulence et des échanges pariétaux. On s'efforce dans une deuxième partie d'analyser le refroidissement par film en partant de la configuration la plus simple puis en intégrant progressivement l'ensemble des facteurs qui entrent en jeu dans les moteurs. On étudie en premier lieu l'interaction entre un jet unique et un écoulement sur une plaque plane. Ceci nous a permis d'analyser en détail la zone d'émission et de mettre en évidence les processus tourbillonnaires induits. Apres avoir précisé la notion de coefficient d'échange, on quantifie l'effet des différents paramètres sur l'efficacité de refroidissement. On aborde ensuite le cas ou une rangée d'évents contribue au refroidissement et on présente un modèle analytique qui décrit le phénomène d'induction tourbillonnaire. En vue d'étendre ce travail à des configurations plus réalistes on s'attache à décrire l'influence des effets inertiels sur le refroidissement. A ce titre, l'accélération de l'écoulement principal, la courbure de la paroi puis la rotation sont successivement étudiées. On s'intéresse enfin au refroidissement par film dans le cas du passage interaube. Ce dernier point a fait l'objet de comparaisons qui révèlent un bon accord entre la simulation numérique et les résultats expérimentaux. Notre conclusion s'exprime sous forme de bilan et de perspectives.

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Lambert, Océane. "Solutions architecturées par fabrication additive pour refroidissement de parois de chambres de combustion." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI048/document.

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En vue de leur refroidissement, les parois de chambres de combustion aéronautiques sont perforées de trous à travers lesquels de l’air plus froid est injecté. La paroi est ainsi refroidie par convection et un film isolant est créé en surface chaude (film cooling). Cette thèse a pour objectif d’utiliser les possibilités de la fabrication additive pour proposer de nouvelles solutions architecturées qui permettraient d’augmenter les échanges de chaleur internes et d’obtenir ainsi de meilleures efficacités de refroidissement.La première approche consiste à élaborer de nouveaux designs de plaques multiperforées par Electron Beam Melting (EBM) et Selective Laser Melting (SLM) aux limites de résolution des procédés. Les architectures sont caractérisées en microscopie, en tomographie X et en perméabilité. Des simulations aérothermiques permettent de mettre en évidence l’effet de ces nouveaux designs sur l’écoulement et les échanges de chaleur, et de proposer des voies d’amélioration de la géométrie.La deuxième approche consiste à élaborer de façon simultanée une pièce architecturée par EBM, avec des zones denses et poreuses. A partir d’analyse d’images associée à une cartographie EBSD grand champ, il est possible de remonter aux mécanismes de formation du matériau poreux et de relier la perméabilité et la porosité aux paramètres procédé. Afin de favoriser le film cooling, il pourrait être avantageux que les zones microporeuses soient orientées dans le sens de l’écoulement. Pour ce faire, un nouveau procédé dénommé Magnetic Freezing, où des poudres métalliques forment une structure orientée par un champ magnétique, est mis au point.Les diverses solutions développées durant cette thèse sont testées sur un banc aérothermique. Les essais montrent qu’elles offrent un refroidissement plus efficace et plus homogène que la référence industrielle. Enfin, de premiers tests en combustion sur l’une des structures retenues, plus légère et plus perméable que la référence, montrent qu’il s’agit d’une solution aussi efficace à un débit traversant donné, et donc a priori plus efficace à une surpression donnée
Combustion chamber walls are perforated with holes so that a cooling air flow can be injected through them. The wall is cooled by convection and an insulating film is created on the hot surface (film cooling). This PhD thesis aims to use the possibilities of additive manufacturing to provide new architectured solutions that could enhance the internal heat exchanges, and lead to a higher cooling effectiveness.The first approach is to develop new designs of multiperforated walls by Electron Beam Melting (EBM) and Selective Laser Melting (SLM) used at the resolution limits of the processes. They are characterized by microscopy, X-ray tomography and permeability tests. Some aerothermal simulations help understanding the effects of these new designs on the flow and on heat exchanges. These results lead to a geometry adaptation.The second approach is to simultaneously manufacture an architectured part with dense and porous zones by EBM. Thanks to image analysis combined with large field EBSD, it is possible to investigate the mechanisms leading to the porous zones and to link them to permeability and porosity. The film cooling effect could be favoured by the orientation of pores towards the cooling flow. Therefore, a new powder-based manufacturing process named Magnetic Freezing, where metallic powders organize into an oriented structure thanks to a magnetic field, is developed.The various solutions studied during this thesis are tested on an aerothermal bench. They all show a more efficient and homogeneous cooling than the industrial reference. Some first tests on one of the selected solutions are performed on a combustion bench. This lighter and more permeable structure proves to be a solution as efficient as the industrial reference at a given flow rate. It should therefore be a more efficient solution for a given overpressure

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Ouattara, Aboubacar Lebouché Michel Gradeck Michel. "Caractérisation du refroidissement par jet liquide impactant une plaque métallique à haute température Iinfluence de la composition du fluide sur le flux extrait /." S. l. : Nancy 1, 2009. http://www.scd.uhp-nancy.fr/docnum/SCD_T_2009_0048_OUATTARA.pdf.

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Lacanette, Delphine. "Simulation numérique de l'essorage et du refroidissement d'un film liquide en mouvement par un jet plan turbulent." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12907.

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Les procédés d'enduction sont largement utilisés dans l'industrie, notamment en sidérugie. Pour protéger les tôles de la corrosion, celles-ci sont enduites de métal liquide par immersion dans un bain. Lorsqu'elles remontent verticalement dans l'air environnant, un jet d'air plan turbulent les impacte perpendiculairement, induisant la retombée dans le bain d'une partie du métal. Le métal resté sur l'acier se solidifie produisant de la tôle galvanisée. L'essorage pneumatique tient son nom de l'utilisation d'un jet d'air pour diminuer l'épaisseur de métal liquide. Parmi les difféntes techniques d'enduction, l'essorage pneumatique par un jet plan est l'une des plus efficaces mais aussi des plus difficles à maîtriser. En effet, au cours de ce processus, l'impact du jet plan turbulent sur le film liquide fait intervenir l'interaction entre les écoulements diphasiques et turbulents, phénomène physique complexe. Relativement peu de références bibliographiques font écho de la simulation numérique du couplage diphasique / turbulent en général, et aucune n'a été consacrée à la simulation de l'essorage pneumatique en particulier. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte industriel. Elle présente une revue des différents modèles utilisés pour décrire les écoulements diphasiques d'une part et turbulents d'autre part, ainsi que la modélisation du couplage entre les écoulements diphasiques et turbulents. Les méthodes numériques employées pour résoudre le système des équations constitutives sont abordées puis validées. L'outil numérique est alors utilisé pour répondre aux problématiques industrielles d'enduction et d'essorage pneumatique, permettant ainsi d'améliorer la compréhension des phénomènes et d'optimiser le procédé d'essorage pneumatique.

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Ebacher, Frédéric. "Analyse du refroidissement par film de la paroi de bout de pales d'une turbine en céramique à configuration renversée." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/11257.

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Анотація:

L’augmentation de l’efficacité des turbines fonctionnant sur un cycle de Brayton récupéré passe par l’augmentation de la température des gaz d’admission. Cependant, les pales métalliques doivent être massivement refroidies afin de supporter des températures dépassant les 1600 K. Une nouvelle configuration utilisant des pales en céramiques supportées par une jante de composite et un moyeu flexible supporte des températures de plus de 1600 K sans refroidir les pales. La configuration maintient les pales en compression durant la rotation de la turbine évitant le bris de la céramique lorsque soumise à la tension. La jante de composite ne doit pas dépasser 600 K, nécessitant un système de refroidissement. L’utilisation d’un refroidissement par film sur la paroi de bout de pales permet de réduire de 30 % le flux thermique traversant la paroi. Dans une configuration classique d’une turbine, les pales ne sont pas supportées par leur bout, faisant en sorte qu’aucune recherche ne porte sur le refroidissement par film de la paroi de bout de pales. Les multiples recherches faites sur le refroidissement par film des différentes composantes d’une turbine montrent que la rotation de la turbine et la courbure des surfaces à protéger influence l’efficacité du refroidissement par film. Ce projet de maitrise vise à expliquer comment le champ centrifuge créé par la rotation de la turbine et la courbure de la paroi de bout de pales affectent le refroidissement par film. Une analyse de stabilité de gaz stratifiés, confinés entre deux parois et ayant une injection de gaz à l’une des parois explique théoriquement comment la vitesse des gaz, le champ centrifuge et la vitesse d’injection influencent la stabilité des gaz stratifiés. Le champ centrifuge augmente la plage de longueur d’onde de perturbations que peut tolérer le système sans être déstabilisé, alors qu’une différence de vitesse entre les gaz déstabilise le système. La vitesse d’injection doit être réduite au minimum puisqu’elle déstabilise le système. Les résultats de cette analyse ont été vérifiés expérimentalement dans un canal courbé. Les tests montrent que l’injection normale à l’écoulement ne permet pas de stratifier deux gaz, alors qu’une injection parallèle entraine une stratification qui prend plus de 37 𝑚𝑚 à se mélanger, soit plus du double de la longueur du rotor de la turbine étudiée dans ce projet. Cependant, en raison du couplage entre la vitesse des gaz et le champ centrifuge qu’impose un canal courbé, il est impossible d’observer l’effet du champ centrifuge et de la différence de vitesse entre les gaz indépendamment, indiquant la nécessité de concevoir un banc d’essai rotatif pour de futurs tests. Une analyse thermique du refroidissement par film de la paroi de bout de pales relie le flux thermique traversant la paroi au débit massique de gaz de refroidissement et à la température de la paroi. Cette analyse, fait le lien entre le refroidissement par film et le refroidissement par ailettes séparant la jante de composite de la paroi de bout de pales.

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Zouzou, Nichet Alexandre. "Modélisation de la congélation d'un film fluide soumis à une précipitation surfondue /." Thèse, Chicoutimi : Université du Québec à Chicoutimi, 1996. http://theses.uqac.ca.

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Novella, Béatrice. "Élaboration de verres par la méthode de sustentation par film de gaz." Grenoble INPG, 1990. http://www.theses.fr/1990INPG0153.

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Анотація:

Afin de mettre en évidence son intérêt potentiel, la méthode de sustentation par film de gaz a été appliquée à deux compositions vitreuses: un verre laser multi-constitue à base de chaux, silice, oxyde de lithium d'intérêt commercial et un verre binaire silicate de lithium devant faire office de cas d'école. Dans le cas du verre laser, les résultats ont montre une diminution importante de la vitesse critique de refroidissement lors de l'utilisation de cette nouvelle technique. En effet, des échantillons vitreux ont été obtenus pour des vitesses sept fois moins élevées en sustentation qu'en creuset. Au contraire, le verre silicate de lithium a eu tendance à cristalliser plus facilement en sustentation. De plus, les échantillons sustentés présentaient une coloration qui n'apparaissait pas dans ceux obtenus en creuset. Afin d'apporter une explication a ces phénomènes inattendus, nous avons été amenés à nous pencher sur les différentes sources possibles de contamination. Ainsi, une étude thermodynamique conséquente ainsi que des analyses approfondies ont été réalisées pour appuyer les différentes hypothèses envisagées: mauvaise fusibilité, présence intrinsèque d'impuretés a caractère nucléant, formation de germes hétérogènes (carbures en particulier) au cours des élaborations

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Dixit, Christelle. "Etude physico-chimique des fluides produits par la centrale géothermique de Bouillante (Guadeloupe) et des dépôts susceptibles de se former au cours de leur refroidissement." Thesis, Antilles-Guyane, 2014. http://www.theses.fr/2014AGUY0698/document.

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Анотація:

Le fluide chaud produit par les forages de la centrale géothermique de Bouillante (Guadeloupe) est enrichi en espèces dissoutes telles que la silice qui peuvent précipiter sous forme de dépôts solides lors de son refroidissement et gêner fortement la production électrique. L’un des principaux objectifs de ce travail de thèse a donc été d’améliorer l’état des connaissances sur les conditions physiques, chimiques et cinétiques de la précipitation de la silice amorphe à Bouillante. Après une étude des caractéristiques physico-chimiques des fluides et des dépôts associés au champ de Bouillante, des expériences sur la cinétique de précipitation de la silice, sur site, pour une large gamme de température (25 - 90°C) et de pH (4 - 12) ont été menées et analysées en détail.Pour l’ensemble de ces expériences, seule la polymérisation (réversible) de la silice dissoute, sous forme de suspensions colloïdales très stables en solution, a été observée. La modélisation des données expérimentales de cinétique montre que la vitesse de polymérisation de la silice suit une loi d’ordre 2 vis-à-vis de la silice dissoute jusqu’à l’équilibre en accord avec une dimérisation de la silice. Par contre, durant l’étape initiale de la réaction, une loi d’ordre 4 semble mieux adaptée, suggérant des réactions de polymérisation plus complexes avec formation de tétramères. La température a un effet limité sur la cinétique de polymérisation de la silice comparé à l’effet du pH qui est beaucoup plus important. L’énergie d’activation de la réaction globale est de 41 - 54 kJ pour des pH compris entre 5 et 8.La caractérisation de la silice précipitée a mis en évidence des différences notables entre la structure poreuse de la silice solide prélevée sur les installations de surface et celle de la silice colloïdale obtenue par polymérisation lors des expériences de cinétique, ce qui semble indiquer que des mécanismes différents interviennent dans ces deux contextes de précipitation de la silice dissoute.Le deuxième objectif de cette thèse était d’évaluer la possibilité de valoriser la silice extraite de l’eau géothermale de Bouillante dans un procédé de traitement des eaux naturelles par adsorption. Pour cela, les propriétés d’adsorption de la silice géothermale brute et fonctionnalisée par le poly(ethylèneimine) (ou PEI) ont été étudiées pour deux polluants : un colorant, le bleu de méthylène et un métal lourd, le plomb. Les résultats obtenus montrent que la silice brute possède une grande capacité d’adsorption vis-à-vis du bleu de méthylène. En outre, la fonctionnalisation de la silice par le PEI permet d’améliorer sa capacité d’adsorption vis-à-vis du plomb en solution, en accord avec un modèle cinétique du pseudo-second ordre suggérant une chimisorption. Le modèle d’isotherme de Redlich-Peterson est également en très bon accord avec les données expérimentales
The hot geothermal fluid produced by the geothermal power plant of Bouillante (Guadeloupe) contains various dissolved components such as silica that can precipitate as solid deposits during their cooling and cause serious problems on the electricity generation. One of the aim of this study is to improve the understanding on the physical, chemical and kinetics conditions of the amorphous silica precipitation in the Bouillante geothermal field. After a study on the physical and chemical characteristics of the Bouillante fluids and deposits which can form during their exploitation, experiments on the kinetics of silica precipitation, on site, under a large range of temperature (25 – 90°C) and pH (4 – 12) have been carried out and analyzed in detail.During on site kinetics experimentations only dissolved silica polymerization (reversible) as colloidal gel, very stable in solution, was observed. Modeling of the experimental data showed that the kinetics polymerization is characterized by a 2-order kinetic law relative to dissolved silica until the equilibrium that is consistent with silica dimerization. On the other side, the initial stage of the reaction is better characterized by a 4-order kinetic law that suggested more complex polymerization reactions with tetramers formation.Temperature has a little effect on the polymerization kinetics compared with the pH which has an effect more important. The activation energy of silica precipitation calculated between 25 and 90°C, is about 41 - 54 kJ for pH ranging to 5 - 8.The characterization of the silica precipitate reveals significant differences in the porous structure of the silica collected on the surface installations and the one obtained from kinetic experiments that suggests different precipitation mechanisms. The second objective of this thesis was to evaluate the possibility to promote geothermal silica for the treatment of natural waters containing contaminants by adsorption. Adsorption properties of the untreated and functionalized by poly(ethylèneimine) (ou PEI) geothermal silica have been investigated for two pollutants: a colorant, the methylene blue and a heavy metal, the lead.Results showed that untreated silica has a great adsorption capacity concerning the methylene blue. Besides, silica functionalization by the PEI allows improving the adsorption capacity for lead in solution. The adsorption kinetics curves followed a pseudo-second order model consistent with a chimisorption. The isotherm model of Redlich-Peterson fitted well the experimental data

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Gascoin, Nicolas. "Etude et Mesure de Paramètres Pertinents Dans Un écoulement Réactif Application Au Refroidissement Par Endo-carburant d'Un Super-statoréacteur." Phd thesis, Université d'Orléans, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00128418.

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Анотація:

Pour assurer, dans les décennies à venir, le vol hypersonique par super-statoréacteur, il est nécessaire d'en gérer le refroidissement actif par injection de carburant endothermique. Les phénomènes de pyrolyse ont été pris en compte grâce à un mécanisme cinétique détaillé (153 espèces, 1185 réactions). Des méthodes de calcul spécifiques aux mélanges multi-espèces potentiellement diphasiques ou à l'état supercritique ont été employées pour la détermination des propriétés physico-chimiques. Grâce aux outils numériques d'hydro-thermo-cinétique développés spécialement pour cette étude, une analyse en régime stationnaire, puis transitoire, a été menée afin de comprendre les phénomènes interagissant sur le système complet identifié. Une expérimentation a également été conçue afin de confirmer les connaissances numériques acquises et tester des méthodes de mesure utiles à la caractérisation de l'écoulement réactif, dans des conditions proches de celles attendues en vol (35 bars, 1500 K). La dynamique des transferts thermiques et de matière a été étudiée.

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Hijazi, Nibal. "Développement de composites nanostructurés à base de biopolyesters et de nanoparticules de chitosane générées par des procédés assistés par CO2 supercritique." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2014. http://www.theses.fr/2014EMAC0016/document.

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Анотація:

Dans une logique d’éco-conception et de développement durable, de nombreux travaux ont pour objectif l’étude de polymères biosourcés. Parmi les recherches menées à ce jour, une piste d’étude consiste à les structurer aux échelles micro et nanoscopiques tout en valorisant certaines de leurs propriétés spécifiques, l’objectif étant la création de matériaux à propriétés fonctionnelles originales et performantes. Dans ce contexte, une attention particulière a été portée sur l’utilisation du dioxyde de carbone supercritique (CO2-sc). En effet, sa capacité à se solubiliser en grande quantité dans de nombreux polymères et donc d’en modifier les propriétés (viscosité, tension interfaciale, …) peut permettre une amélioration des matériaux composites fabriqués. Ce projet s’intéresse plus particulièrement à l’élaboration d’assemblages de biopolymères nanostructurés et revêt deux enjeux principaux : (1) la synthèse de nanoparticules de biopolymères (dans notre cas, du chitosane), (2) l’élaboration d’assemblages de biopolymères nanostructurés. La première étape a consisté à concevoir et développer de nouveaux procédés de génération de nanoparticules de chitosane par des procédés utilisant le CO2-sc soit comme antisolvant soit comme agent de dissolution et d'atomisation. Pour la deuxième étape, des films composites à base de poly (acide lactique) PLA et de poly (hydroxybutyrate-co-valérate) PHBV ont été préparés par la voie hot-melt par extrusion bi-vis. Des analyses thermiques, moléculaires et structurales, morphologiques et de granulométrie ont permis de caractériser les films biocomposites ainsi produits
In a logic of eco-design and sustainable development, many works aim to study the bio-sourced polymers. Among these studies, a promising concept consists in structuring materials at micro and nanoscales while enhancing some of their properties, the objective being the creation of original materials with improved functional properties and performance. In this context, particular attention has been paid to the use of supercritical carbon dioxide (sc-CO2). Its ability to dissolve into many polymers in large quantities and thus to change their properties (viscosity, interfacial tension, ...), can improve both the composite material and its manufacturing process. This project focuses on the development of nanostructured biopolymers and addresses two main issues: (1) the synthesis of biopolymer nanoparticles (in this case, chitosan), and (2) the development of nanostructured biopolymers. The first step consisted in designing and developing new processing methods to generate biopolymer nanoparticles, using sc-CO2 as antisolvent agent or as dissolving and atomizing agent. For the second step, poly (lactic acid) PLA and poly (hydroxybutyric-co-hydroxyvaleric acid) PHBV based composite films were prepared by a hot-melt process by twin-screw extrusion of the nanoparticles and the matrix. Thermal, molecular and structural analysis, as well as morphological and particle size distribution studies allowed a good characterization of the biocomposite films

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Sultan, Qaiser. "Caractérisation expérimentale aérothermique d'un jet pulsé débouchant dans un écoulement transversal : Influence du nombre de Strouhal d'excitation sur le refroidissement de paroi par film." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00640968.

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Le refroidissement par film froid consiste à refroidir une paroi en injectant un écoulement froid pour protéger celle-ci. Un banc d'essai simplifié d'une configuration d'étude de " film cooling " a été réalisé pour caractériser l'influence d'un écoulement chauffé et pulsé provenant d'un trou cylindrique incliné à 30° dans un écoulement principal thermiquement uniforme. Les taux de soufflage (M ) étudiés sont égaux à 0,65, 1 et 1,25. Les pulsations ont été générées par un hautparleur à des fréquences de pulsation adimensionnalisées ( St ) de 0, 0,2, 0,3 et 0,5. Les aspects aérodynamiques et thermiques de l'écoulement ont été étudiés, en utilisant des techniques de mesure avancées incluant la P.I.V. résolue en temps, la thermographie infrarouge, la vélocimétrie filchaud et la thermométrie fil-froid. Pour M = 0,65, sans pulsation, l'écoulement injecté couvre une partie importante de la paroi. Dans le cas pulsé, cette distribution optimale est considérablement dégradée quelque soit la fréquence de pulsation. Pour M =1 et 1,25, sans pulsation, on observe un décollement de l'écoulement qui dégrade la protection film de la paroi. Dans ces cas, la pulsation induit de grandes variations spatiales à la fois de la trajectoire, de l'éclatement du jet et du passage des structures turbulentes dans le sillage de jet à cause de la variation périodique du débit de jet. On a constaté que la pulsation améliore la protection de la paroi pour des excitations de basse fréquence pour des taux de soufflage important (M = 1 et 1,25).

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Collignon, Romain. "Étude des transferts de chaleur dans un film ruisselant à instabilités de surface par des méthodes de fluorescence induite par laser." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0171.

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Les films liquide minces à instabilités de surface sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles comme promoteurs des transferts de chaleur et de masse, dans les échangeurs à plaques ou dans les colonnes de refroidissement de centrales nucléaires par exemple. Cependant, les mécanismes de l’intensification des transferts liés aux instabilités sont encore mal compris et les modèles ne permettent pas de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques et de leurs couplages. Le but de ces travaux est d’étudier expérimentalement l’intensification des transferts de chaleur entre une paroi chauffée plane inclinée et le film liquide lorsqu’il est parcouru de vagues 2D à sa surface. Pour cela un dispositif expérimental a été développé, permettant d’imposer des perturbations à un film d’eau s’écoulant sur une feuille mince de titane, chauffée par effet Joule. Deux techniques de mesure non-intrusives, basées sur la technique de fluorescence induite par laser (LIF) à deux colorants et deux couleurs (2c2d-LIF) ont été effectuées pour caractériser les transferts de chaleurs. Les évolutions temporelles de l’épaisseur et de la température moyennes locales du film ont été mesurées en un point à l’aide d’une mesure par LIF ponctuelle. Un rayonnement laser continu, de longueur d’onde 532 nm, est utilisé afin d’exciter la fluorescence du liquide ensemencé par un couple de traceurs fluorescents. L’intensité de la fluorescence est détectée sur deux bandes spectrales différentes : le rapport des deux intensités permet de déterminer la température moyenne du volume du film sondé, alors que la mesure d’intensité permet d’obtenir l’épaisseur du film. L’utilisation d’un laser impulsionnel permet de figer la dynamique du film. Ainsi, l’utilisation simultanée de deux caméras CCD permet d’appliquer la technique 2c2d-LIF afin d’obtenir une image du champ de température instantané à l’intérieur du liquide, au passage des vagues. L’utilisation d’un rapport d’intensité de fluorescence sur deux bandes spectrales permet de s’affranchir de paramètres mal maîtrisés, liés à l’intensité de fluorescence comme la variation de l’intensité du laser dans le film, induite par la déformation de la surface libre du film. Un algorithme de reconstruction permet de disposer de l’évolution spatio-temporelle du champ de température sur la période relative à une vague. L’association de ces techniques avec la mesure de température de paroi par des thermocouples permet de corréler la présence de vagues de surface à l’intensification des transferts de chaleur. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence l’influence de mélanges convectifs induits par les vagues de surface sur les transferts de chaleur, ceci en fonction de paramètre tels que la fréquence des vagues et le débit volumique du liquide
Thin wavy liquid films are used in many industrial applications as heat and mass transfer promoters, for example they are used in plate heat exchanger or in cooling columns of nuclear power plants. However, the mechanisms of transfer intensification related to the instabilities are still poorly understood and models do not allow to account for all physical phenomena and their coupling. The aim of this work is to study experimentally the intensification of heat transfers between a heated flat inclined wall and the liquid film, when it is traversed by 2D waves on its surface. For this purpose, an experiment has been developed, allowing to impose perturbations on a water film flowing on a thin titanium sheet, heated by Joule effect. Two non-intrusive measurement techniques, based on the laser-induced fluorescence (LIF) technique with two dyes and two colors (2c2d-LIF) were performed to characterize heat transfer. The temporal evolutions of the local average temperature and thickness of the film were measured at one point using a point LIF measurement. A continuous laser radiation, with a wavelength of 532 nm, is used to excite the fluorescence of the seeded liquid by a couple of fluorescent tracers. The intensity of the fluorescence is detected on two different spectral bands: the ratio of the two intensities makes it possible to determine the average temperature of the volume of the probed film, while the intensity measurement makes it possible to obtain the thickness of the film. The use of a pulsed laser allows to freeze the dynamics of the film. Thus, the simultaneous use of two CCD cameras allows to apply the 2c2d-LIF technique in order to obtain an image of the instantaneous temperature field inside the wavy liquid film. The use of a fluorescence intensity ratio on two spectral bands allows to get rid of poorly controlled parameters related to the fluorescence intensity such as the variation of the laser intensity in the film, induced by the deformation of the free surface of the film. A reconstruction algorithm provides the spatio-temporal evolution of the temperature field over the period relative to a wave. The association of these techniques with the measurement of the wall temperature by thermocouples allows to correlate the presence of surface waves to the intensification of heat transfers. The results obtained allow to highlight the influence of convective mixtures induced by surface waves on heat transfers, as a function of parameters such as the frequency of waves and the volume flow rate of the liquid

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Celle, Pierre. "Couplages fluide / milieu poreux en grandes déformations pour la modélisation des procédés d'élaboration par infusion." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00741260.

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Dans ce manuscrit, un modèle complet pour la simulation de l'écoulement d'un fluide thermor éactif à travers un milieu poreux fortement compressible est présenté. Ce modèle est utilisé pour l'étude des procédés d'élaboration des matériaux composites par infusion à travers leur épaisseur (Liquid Resin Infusion-LRI et Resin Film Infusion-RFI ). Dans ces procédés, le mélange entre les renforts et la résine liquide est réalisé dans la direction transverse aux plans des préformes pendant la phase de mise en forme. Les coˆuts sont ainsi réduits et les problèmes de remplissage éliminés. Ces procédés sont néanmoins peu maîtrisés et les caractéristiques de la pièce finale difficilement prévisibles (principalement les épaisseurs et les porosités). La mise au point d'un modèle numérique constituerait un bon outil pour développer et finaliser de nouvelles solutions composites. D'un point de vue physique, l'infusion de la résine à travers l'épaisseur des préformes est une conséquence de la pression appliquée sur l'empilement résine/préforme. Dans cette analyse multi-physique deux types de problèmes sont rencontrés. Tout d'abord, on connait mal les conditions de couplage entre les zones liquides, gouvernées par les équations de Stokes, et les préformes imprégnées assimilées à des milieux poreux, gouvernées par une loi de Darcy et une loi de comportement mécanique non-linéaire. Par ailleurs, les interactions entre l'écoulement de la résine et la compression des préformes ne sont pas bien maîtrisées. Le modèle développé inclut donc une condition de Beaver-Joseph- Schaffman modifiée pour le couplage entre les zones de Darcy et de Stokes. Une formulation ALE pour l'écoulement de la résine dans un milieu poreux déformable subissant de fortes déformations est utilisée et couplée à une formulation Lagrangienne Réactualisée pour la partie solide. Ces deux mécanismes physiques sont couplés à des modèles thermo-chimiques pour traiter la réticulation de la résine sous l'action du cycle de température. Dans ce travail, un certain nombre d'outils numériques et de nouvelles formulations ont été développés en vue de simuler les procédés LRI et RFI. Chaque outil est étudié et validé analytiquement ou numériquement avant d'être intégré dans les modèles LRI /RFI. Des simulations numériques d'infusion sont ensuite présentées et commentées, puis une première comparaison avec des essais expérimentaux est proposée.

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Harnieh, Mael. "Prédiction de la génération des pertes des écoulements compressibles anisothermes appliquée aux distributeurs hautes pressions de turbine avec les simulations aux grandes échelles." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0002.

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Afin d'améliorer l'efficacité des moteurs aéronautiques, une des solutions envisagées par les industriels est d'augmenter la température d'entrée de la turbine. Cependant, ces hautes températures induisent de fortes contraintes thermiques sur les pales de turbine ce qui réduit leur durée de vie. Pour surmonter ces problèmes thermiques, des systèmes de refroidissement efficaces sont nécessaires. Afin d'évaluer la performance de ces systèmes, une prédiction précise de la température de paroi des pales de turbine et des pertes générées par ces systèmes est requise. Profitant de l'opportunité de récents développements d'outils de prédiction haute-fidélité, cette thèse financée par Safran Helicopter Engines à travers le projet FUI CASCADE, a pour but de valider la prédiction de la température de paroi des pales de turbine refroidie et des pertes générées par ces systèmes avec la Simulation aux Grandes Echelles (SGE). Pour atteindre ces objectifs, différentes configurations académiques et industrielles refroidies par film de refroidissement ont été simulées et étudiées. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que la SGE est capable de prédire l'aérodynamique et l'environnement thermique pour de tels systèmes. Pour faciliter l'utilisation de la SGE dans l’industrie et limiter le coût CPU lié à la résolution de l'écoulement dans le système de refroidissement des pales, un modèle de jets de refroidissement a été proposé et évalué dans ce travail. Les résultats montrent que ce modèle permet de reproduire l'aérodynamique des jets de refroidissement et la température de paroi des pales sans mailler le système de refroidissement. Pour évaluer les pertes dans ce contexte, l’approche Second Law Analysis (SLA) est adoptée. Contrairement aux bilans de température et pression totales, cette approche donne directement accès aux champs de perte 3D qui sont construits à partir des termes sources de l’entropie résolus sur le maillage. Ainsi, le mécanisme de génération de perte peut être localement étudié et ne requière pas de procédure de moyenne contrairement aux modèles de perte 1D. Ces champs de perte sont décomposés en deux contributions : une contribution aérodynamique et une contribution thermique liée au mélange chaud-froid. L'étude de ces champs montre que les pertes aérodynamiques sont principalement générées dans les régions de fort cisaillement (couche limite et de mélange) alors que les pertes de mélange sont générées dans les films de refroidissement et dans le sillage des pales. Des analyses avancées des champs de perte mettent en évidence que les fluctuations turbulentes dominent la génération des pertes pour ces systèmes. Ce dernier résultat met en évidence les bénéfices de l'approche Second Law Analysis pour prédire les pertes à partir des champs obtenus avec la SGE. En effet et contrairement aux approches RANS, les contributions turbulentes des pertes sont directement résolues sur le maillage avec la SGE et ne requiert aucune stratégie de modélisation. La principale conclusion de cette thèse est que l'approche Second Law Analysis couplée avec la SGE est une méthodologie très prometteuse et pertinente pour la prédiction des écoulements et des pertes pour les futurs designs de pale de turbine industriel
To improve the efficiency of aeronautic engines, the turbine entry temperature has strongly increased in recent years. Such high temperatures induce high thermal stresses for the turbine blades and vanes which reduces the blade lifetime. To overcome this thermal issue, efficient turbine cooling systems need to be designed. To do so, the accurate prediction of blade wall temperature and losses generated by these systems is required. Taking the opportunity of recent developments of high-fidelity predictions, this PhD thesis funded through the FUI project CASCADE with the support of Safran Helicopter Engines (SHE), aims to evaluate the prediction of blade wall temperature and losses for cooled high-pressure vanes with Large Eddy Simulations (LES). To do so, academic and complex anisothermal configurations featuring film cooling are investigated. Results obtained in the present work show that LES is able to predict the flow aerodynamics and blade wall temperature for all configurations studied. The prediction is clearly improved if the mesh is sufficiently refined in high dynamic regions and if turbulent fluctuations are taken into account at the inlet of the computational domain especially for cases presenting separation bubbles. To ease the use of LES in an industrial context and reduce the CPU effort associated to the resolution of the flow in the cooling system of turbine blades and vanes, a new coolant ejection model is introduced and evaluated. This model is shown to well reproduce the coolant jets aerodynamics and provides a good prediction of the wall temperature without meshing the cooling system. To accurately evaluate and investigate the losses in this context of turbine blade cooling, the approach Second Law Analysis (SLA) is adopted. Contrary to total temperature and total pressure balances, SLA directly gives access to 3D loss maps which are constructed from the entropy source terms resolved on mesh. As a result, the loss generation mechanism can be locally investigated and does not require any averaging procedures contrary to 1D loss models. These loss maps are split in an aerodynamic contribution and a mixing contribution which is linked to mixing process between hot and cold flows. The study of these loss maps shows that aerodynamics losses are generated in high sheared regions (boundary and mixing layers) while mixing losses are produced in the film cooling and in the wake of the vanes. Advanced analysis of loss maps indicate that turbulent fluctuations dominate the loss generation mechanism. This last finding evidences the benefits of SLA to predict losses from LES fields. Indeed and contrary to RANS, the turbulent contributions to losses are directly resolved on mesh with LES and do not require any modelling strategies. As a consequence of this PhD work, SLA coupled to LES is shown to be a very promising methodology to predict the flow aerodynamics and losses for the design of future geometries of industrial turbine vanes and blades

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El, Ammouri Fouad. "Etude théorique des transferts couplés conductif, convectif et radiatif dans des écoulements gazeux hétérogènes et turbulents : mesure du flux conductif par déviation de faisceau laser." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0310.

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La partie théorique du mémoire est consacrée à l'étude des transferts couples par conduction, convection et rayonnement dans des écoulements gazeux hétérogènes et turbulents pour des géométries bidimensionnelles. Les effets des fluctuations de température et de concentrations éventuellement corrélés sur les flux de chaleur pariétaux sont particulièrement étudiés. Le rayonnement des gaz est traité à partir d'un modèle statistique à bandes étroites associé à l'approximation de Curtis-Godson. Un développement de Taylor à l'ordre deux des luminances à l'équilibre et des transmittivites de colonnes gazeuses par rapport aux fluctuations de température et de fraction molaire est utilisé afin d'exprimer les luminances locales moyennes en fonction des moments d'ordre deux et des moments croisés d'ordre deux. Ces champs sont calculés à partir d'un modèle de turbulence à six équations supplémentaires. Les quantités turbulentes transportées dans ce modèle sont l'énergie cinétique turbulente, la variance des fluctuations de température, la variance des fluctuations de la fraction massique et leurs taux de dissipation respectifs. Il apparait en conclusion que l'ensemble des résultats (flux pariétaux et température de la paroi à refroidir) sont très sensibles à la qualité de la modélisation des fluctuations de température et de concentrations dans les termes sources radiatifs des équations de transport de l'énergie, de la variance de température et de son taux de dissipation. A titre d'exemple la contribution au flux pariétal des fluctuations de température et de concentrations dans le cas ou les corrélations croisées entre ces fluctuations sont positives, est égale à la contribution des champs moyens de température et de concentrations notamment aux alentours de 1000 K. Le flux conductif pariétal dans des écoulements turbulents d'air dans un canal est déduit à partir d'une technique de déviation de faisceau laser. Le principal avantage de cette méthode est sa capacité à éliminer la contribution du flux radiatif. Sa difficulté majeure appliquée au cas turbulent, réside dans le fait qu'aucune donnée expérimentale n'est disponible dans la sous-couche conductive, petite devant le rayon du faisceau laser. Néanmoins les flux expérimentaux sont en accord avec les résultats d'un modèle de turbulence 2D pour les intervalles [1,75 10⁴-3,5 10⁴] de nombre de Reynolds et [60-120 k/mm ]de gradient pariétal de température

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Lemaitre, Cécile. "Dynamique d'un film d'eau de pluie sur un hauban de pont soumis au vent." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003072.

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Les haubans de pont peuvent vibrer sous l'effet conjoint du vent et de la pluie (Rain-Wind-Induced Vibrations, RWIV). On observe toujours deux filets d'eau ruisselant le long du hauban sujet aux RWIV. De plus, une expérience récente (Alam et Zhou 2005), réalisée sur un cylindre fixe, montre que le sillage d'air est considérablement perturbé par la présence des filets. Nous présentons un modèle de film mince entourant un cylindre soumis au vent qui permet de prévoir l'apparition de filets, leur position et leur forme. Nous montrons en outre que l'existence des filets n'est possible que dans un intervalle de nombre de Weber, qui compare effet du vent et tension de surface. Un modèle d'interaction entre les filets et l'écoulement d'air environnant est ensuite exposé. Pour un intervalle de nombre de Weber, le détachement tourbillonnaire dévie de la loi de Strouhal et la portance fluctuante s'exerçant sur le cylindre est amplifiée, ce qui est en accord avec les expériences d'Alam. Pour les conditions de vent et de pluie qui président à l'apparition des RWIV, l'intervalle d'existence des filets et l'intervalle d'amplification de portance se recouvrent. Est-ce à dire que les RWIV peuvent être expliquées par un accrochage filets-sillage ?

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Rouvreau, Stéphane. "Etude expérimentale de la structure moyenne et instantanée d'un film produit par une zone multiperforée sur une paroi plane : application au refroidissement des chambres de combustion des moteurs aéronautiques." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2287.

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Chaze, William. "Transferts de chaleur et de masse lors de l’impact d’une goutte sur une paroi chaude en régime d’ébullition en film : application de diagnostics optiques et modélisation." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0290/document.

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La compréhension des phénomènes se déroulant lors de l’impact d’une goutte sur une paroi chaude est essentielle à l’optimisation des systèmes de refroidissement par sprays. Lorsque la température de paroi est élevée, un film de vapeur se forme quasi-instantanément entre la goutte et la paroi chaude. Ce film modifie le comportement hydrodynamique des gouttes et réduit considérablement les échanges de chaleur et de masse par rapport à un impact mouillant. La modélisation de ces phénomènes est complexe en raison des nombreux couplages entre les transferts de chaleur et de masse et la dynamique d’impact de la goutte. Pour aborder ce sujet, des techniques de mesure optiques ont été développées spécifiquement. L’imagerie de fluorescence induite par plan laser à deux couleurs permet de caractériser la distribution de la température à l’intérieur des gouttes. Des images du champ de température, résolues à la fois spatialement et temporellement, sont rendues possible grâce à l’utilisation d’un nouveau couple de colorants fluorescents conservant une grande sensibilité à la température quand ils sont excités par un laser pulsé nanoseconde d’une énergie de plusieurs centaines de mJ. En parallèle, la thermographie infrarouge a été utilisée pour déterminer la température de la surface d’impact en saphir. Pour cela, cette dernière est recouverte d’une couche de quelques centaines de nanomètres de TiAlN, émissif dans l’IR alors que le saphir est transparent. Les images haute cadence sont analysées par un modèle d’inversion, prenant en compte la conduction thermique dans le saphir, afin d’estimer la densité de flux thermique au niveau de la surface d’impact. L’épaisseur du film de vapeur est également déduite de ces mesures sous l’hypothèse, justifiée a posteriori, d’une conduction thermique prépondérante dans le film de vapeur. Une étude de l’impact de gouttes d’eau est réalisée en faisant varier la vitesse d’impact et la température des gouttes avant impact, ainsi que la température de paroi. Dans la plupart des cas, la chaleur extraite à la paroi est comparable à celle transférée au liquide pour l’échauffer. Lorsque la température de paroi se rapproche et dépasse la température de Leidenfrost, les transferts de chaleur deviennent de plus en plus sensibles au nombre de Weber, et de moins en moins dépendant de la température de paroi. L’épaisseur du film de vapeur est affectée par des instabilités, dont les caractéristiques (longueur d’onde, amplitude) sont étudiées à partir des images IR. Finalement, un modèle 1D semi empirique est proposé pour décrire l’échauffement des gouttes et la croissance du film de vapeur. La pression exercée par la goutte sur le film de vapeur se dissipe très vite à l’impact, si bien que la croissance du film de vapeur est gouvernée par la conduction de la chaleur vers la goutte et non par la dynamique de l’impact
The understanding of phenomena occurring at the impact of a droplet onto a hot wall is crucial for the optimization of spray cooling systems. When the temperature of the wall is high, a vapor layer appears quasi-instantaneously between the droplet and le wall. This film of vapor modifies the hydrodynamic behavior of the droplet and highly reduce the heat and mass transfers in comparison with a wetting impact. Modelling these phenomena is complex because of the numerous coupling between the heat and mass transfers and the fluids dynamic. To get some insights into this phenomenon, optical diagnostic techniques have been developed. Two color planar laser induced fluorescence imaging allows characterizing the distribution of the temperature inside the droplet. Images of the temperature fields, resolved both spatially and temporally, are recorded thanks to the use of a couple of fluorescent dyes keeping a high temperature sensitivity even when they are excited by a nanosecond pulsed laser with and an energy of hundreds m J. In parallel, the infrared thermography is used to determine the temperature of the impinged surface made of sapphire. For that, this surface is coated with a thin film (about 300 nanometers) of TiAlN, highly emissive in the IR domain as opposed to the sapphire which is transparent in it. High frame rate image sequences are analyzed thanks to an analytical inversion model, taking into account the thermal conduction in the sapphire, in order to estimate the heat flux density at the impact surface. The thickness of the vapor layer was also deduced from this measurements thanks to the hypothesis of a dominant thermal conduction in the vapor layer. A study of water drop impact was performed with different impact speeds, wall temperatures and different drop injection temperatures. In most of the cases, the heat flux extracted from the wall in close to the flux transferred to the liquid phase of the droplet. When the wall temperature approaches or exceeds the Leidenfrost temperature, the transfers become more sensitive to the Weber number and less sensitive to the wall temperature. The vapor layer thickness is affected by instabilities whose caracteristics (wavelengths, amplitude) were investigated from the IR images. Eventually, a 1-Dsemi-empirical model is given for describing the heating of the liquid part of the droplet and the growth of vapor layer. The effect of the pressure exerted by the droplet onto the vapor film rapidly decreases during the impact process, so that the growth of the vapor film is only driven by the heat transferred by conduction to the droplet and not by dynamical parameters such as the impact velocity

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Hassan, Hamdy Abo Ali. "Etude et optimisation des transferts de chaleur en injection moulage : analyse de leur influence sur les propriétés finales." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13956.

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Les plastiques sont typiquement des polymères de grand poids moléculaire. Ils peuvent contenir des autres substances pour améliorer leurs performances et/ou pour réduire les prix. L'industrie plastique est l'une des industries qui a la croissance la plus rapide du monde : de nombreux produits de la vie quotidienne contiennent l'utilisation du produit plastique. Il y a différents procédés pour la mise en forme des polymères (soufflage, moulage par soufflage, moulage par compression, moulage par transfert, extrusion, moulage par injection) pour lesquels les matériaux utilisés, la qualité et la forme du produit fabriqué varient. En particulier, la demande des pièces moulées par injection augmente chaque année. Cela vient du fait que le moulage par injection est identifié comme une des techniques de fabrication les plus efficaces et économiques pour produire des pièces en plastique de formes précises et complexes. Il y a trois étapes significatives dans le processus : premièrement, on remplit la cavité avec le polymère fondu à une température et à une pression d'injection élévées (étape de remplissage et bien remplissage). Deuxièmement la chaleur de la pièce en polymère est évacuée par le système de refroidissement (étape de refroidissement). Troisièmement, après que la partie solidifiée a été éjectée, le moule est fermé et le prochain cycle d'injection commence (étape d'éjection)
Plastics are typically polymers of high molecular weight, and may contain other substances to improve performance and/or reduce costs. Plastic industry is one of the world?s fastest growing industries; almost every product that is used in daily life involves the usage of plastic. There are different methods for polymer processing (thermoforming, blow molding, compression molding of polymers, transfer molding of polymers, extrusion of polymers, injection molding of polymers, etc.) which differ by the method of fabrications, the used materials, the quality of the product and the form of the final product. Demand for injection molded parts continues to increase every year because plastic injection molding process is well known as the most efficient manufacturing techniques for economically producing precise plastic parts and complex geometry at low cost and a large quantity. The plastic injection molding process is a cyclic process where polymer is injected into a mold cavity, and solidifies to form a plastic part. There are three significant stages in each cycle. The first stage is filling the cavity with hot polymer melt at high injection pressure and temperature (filling and post-filling stage). It is followed by cooling the injected polymer material until the material is completely solidified (cooling stage), finally the solidified part is ejected (ejection stage)

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Villarreal, Larrauri Alejandro. "Analysis and modeling of ex-vessel underwater cooling processes of debris bed and molten corium pool in interaction with concrete." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0022.

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En cas d'accident grave avec fusion du cœur, le magma surchauffé constitué d'acier et de combustible fondu, appelé corium (T> 2 500 K), peut menacer l'intégrité de la cuve du réacteur, puis du bâtiment de confinement, si le refroidissement du corium n’est pas assuré. La capacité de refroidissement en situation hors-cuve, par l’injection d’eau et pénétration de celle-ci dans le corium en surface supérieure, est étudiée pour deux configurations attendues : le lit de particules et bain de corium. La seconde configuration est liée à la situation d’interaction corium-béton (ICB) où une croûte se forme en face supérieure en contact avec l’eau, puis est soumise à une fracturation à cause des effets thermiques dans cette croûte. L’enjeu est de caractériser l’efficacité d’une éventuelle pénétration de l’eau dans la croûte. La première configuration peut intervenir en particulier dans deux situations suite à une fragmentation du corium dans l’eau : lors de l’éjection hors de la cuve, ou suite à des périodes d’éjection à travers la croute en phase d’ICB par entraînement du corium par des gaz issus de l’ablation du béton. Les phénomènes de pénétration de l’eau dans le corium sont examinés par une analyse approfondie des résultats des expériences disponibles, par la mise au point d’un modèle analytique 1D et par la modification et l’utilisation du code de thermohydraulique multiphasique multi-fluides (CMFD) MC3D. L’analyse 1D permet de mieux comprendre les détails de l’écoulement diphasique dans la matrice poreuse et conduit à proposer un modèle simplifié de pénétration de l’eau, avec des relations correspondantes applicables pour les deux configurations d'intérêt. Par ailleurs, le développement et l’impact d’instabilités au front de pénétration sont étudiés avec des simulations 2D avec MC3D, illustrant le rôle important de la température initiale du lit et sa perméabilité sur la vitesse de pénétration du front, et sur l’apparition des instabilités. Le modèle analytique est alors étendu à une configuration à deux zones (une zone soumise à un écoulement diphasique en contre-courant et une zone monophasique dans laquelle la vapeur surchauffée traverse) pour analyser plus en détail l’impact des hétérogénéités de progression du front sur les flux thermiques extraits. Le mécanisme de pénétration de l’eau dans les croûtes est discuté. L’analyse indique de forts effets de bords sur les processus de fracturation dans les essais SSWICS (Argonne Nat. Lab.), dédiés à ce phénomène. Les conclusions des travaux précédents sur l’efficacité du phénomène ne peuvent dès lors être confirmées du fait des fortes incertitudes sur les processus de fracturation, très sensibles aux propriétés mécaniques du corium, très mal caractérisées. Finalement, les modèles sont appliqués aux situations réelles impliquant la présence de la puissance résiduelle. Pour les lits de débris, les flux extraits et les capacités de refroidissement sont moindres qu’avec l’utilisation du critère simplifié de « flux d’assèchement »
In the case of a hypothetical nuclear severe accident with partial or extensive core meltdown, the superheated magma made of molten steel and fuel, called corium (T > 2500K), may threaten the integrity of the reactor pressure vessel and subsequently the reactor containment building, if long-term corium coolability is not assured. The coolability by water injection and successive water penetration into the corium through the upper surface is analyzed for two expected configurations: particle bed, and corium pool overlaying the concrete. The second configuration is linked to the situation of Molten Corium-Concrete Interaction (MCCI), where a crust is formed in the upper corium surface when it comes into contact with water and is later subjected to thermal stresses that lead to its fracturing. The challenge is to characterize the effectiveness of extracting heat by the possible water penetration into the crust. The first configuration can be expected in two different situations: melt fragmentation coming from the rupture of the reactor pressure vessel and expulsion of the corium, or during melt eruption episodes through the corium crust during MCCI via corium entrainment by the concrete decomposition gases. The phenomena linked to the water penetration into the corium for these two configurations are examined through an in-depth analysis of the available experimental results, by the development of an analytical model and finally through the modification and use of the Computational Multi-Fluid Dynamics (CMFD) code MC3D. One dimensional analysis conducts to a better understanding of the minutia of the two-phase countercurrent flow through the porous media and leads the proposal of a simplified heat flux model for the water penetration with corresponding relations applicable for both configurations of interest. Furthermore, the development and the impact of penetrating front instability are studied with the help of 2D MC3D simulations, which show important effects of the initial temperature and the permeability of the corium configuration on the penetration front velocity and appearance of the instabilities. The analytical model is extended to a pseudo-two-dimensional two-zone configuration (with one zone subjected to a two-phase countercurrent flow and another through which monophasic superheated vapor flows) to analyze in greater detail the impact of the penetrating front heterogeneity over the extracted heat flux. The mechanism of water penetration through a fractured crust is revisited. The analysis indicates strong border effects in the SSWICS tests (Argonne National Laboratories) dedicated to the study of this phenomenon. The conclusions of precedent studies on the efficiency of the phenomena could not, therefore, be confirmed due to important uncertainties over the process of fracturing, overly sensitive to the mechanical properties of corium, which in turn are not properly characterized. Finally, the models, and simulations, are applied to real accidental scenarios, including the presence of residual power. For the debris bed, the extracted heat flux, and the cooling capabilities are less than those found using the simplified dry-out heat flux criteria

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Nagaso, Masaru. "Etude de la propagation des ultrasons dans un milieu fluide hétérogène en vue de la surveillance en fonctionnement d'un réacteur nucléaire à caloporteur sodium." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0197/document.

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Le projet ASTRID, réacteur nucléaire français de 4ème génération refroidi au sodium, est en cours de développement par le CEA. Dans ce projet, le développement de techniques de surveillance est identifié comme un problème majeur pour augmenter la sécurité du réacteur. L'utilisation de techniques de mesure par ultrasons est considérée comme un puissant outil d'inspection en raison de l'opacité du sodium liquide.A l'intérieur d'un circuit de refroidissement, l'hétérogénéité du milieu se produit du fait de l'état d'écoulement complexe, et les effets de cette hétérogénéité sur la propagation des ondes acoustiques ne sont pas négligeables. Ainsi, il est nécessaire d'effectuer des expériences de vérification, sachant que de telles expériences peuvent être des expériences à grande échelle. C'est pourquoi les méthodes de simulation numérique sont essentielles. L'objectif de l'étude de ma thèse est à appliquer la technique numérique des éléments spectraux, qui peut modéliser nos objets d'étude de manière plus précise que les méthodes de simulation plus classiques. Nous étudierons d'abord le potentiel de développement de la thermométrie ultrasonique similaire à celui d'un réacteur rapide refroidi au sodium avec simulation 2D. Un processus aléatoire Gaussien aura appliqué pour générer une fluctuation de la température.Afin d'étudier l'hétérogénéité en 3D et des champs de température plus réalistes dans le milieu, nous effectuerons une seconde étude numérique. Pour représenter l'hétérogénéité du sodium liquide, nous appliquerons un champ de température 4D (3D spatiale et 1D temporelle) calculé par modélisation numérique en dynamique des fluides avec LES réalisée par CEA STMF
The ASTRID project, a french sodium-cooled nuclear reactor of 4th generation, is currently under development by the french alternative energies and atomic energy center (CEA). In this project, development of monitoring techniques is identified as an important issue to improve the plant safety. The use of ultrasonic measurement techniques is regarded as a powerful inspection tool due to the opacity of liquid sodium. Inside a cooling circuit, heterogeneity of the medium occurs because of a complex flow state, and then the effects of this heterogeneity on acoustic wave propagation are not negligible. Thus, it is necessary to carry out verification experiments, and such kind of experiments using liquid sodium may be large-scale. This is a reason why numerical simulation methods are essential. The objective of the study in the thesis is to apply a 3D spectral-element method, that we will show to be suitable to our targets more accurately than more classical numerical simulation methods.We will first study the development potential of ultrasonic thermometry in a liquid fluctuating sodium environment similar to that present in a sodium-cooled fast reactor with 2D simulation. Gaussian random process will be applied to generate fluctuations of temperature. To investigate 3D heterogeneity and more realistic temperature fields in the medium, in a second part of the thesis we will carry out a numerical study for 3D models of the reactor core. To represent the heterogeneity of liquid sodium, a four-dimensional temperature field (three spatial and one temporal dimension) calculated by computational fluid dynamics based on a large-eddy simulation performed by CEA STMF will be applied

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Saidi, Fouad. "Sur quelques problèmes de lubrification par des fluides newtoniens non isothermes avec des conditions aux bords non linéaires. Etude mathématique et numérique." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008745.

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Dans le premier chapitre de cette thèse, on rappelle les principes de base de la mécanique des milieux continus à partir desquels on déduit les équations modélisant l'écoulement non isotherme d'un fluide newtonien incompressible. Au deuxième chapitre, on considère le cas stationnaire dans un domaine mince et on rajoute les conditions aux limites dont une est de type Tresca sur une partie du bord du domaine. On déduit le problème variationnel correspondant qui est fortement couplé, composé d'une inéquation et une équation variationnelles, dont les inconnues sont le champ de vitesse du fluide, sa pression et sa température. La difficulté principale est la présence dans l'équation variationnelle d'un terme comportant le carré du tenseur des taux de déformation, qui ne permet pas de donner un sens au problème variationnel, si on cherche la vitesse dans un convexe de $H^1$. Pour lever cette difficulté, on cherche la régularité $H^2$ de la vitesse, qui nécessite la régularité $\mathcal(C)^(0,1)$ de la température, qui est dans les coefficients de l'inéquation variationnelle. En utilisant le théorème du point fixe de Banach, on montre l'existence, l'unicité et la régularité de la solution faible. Le troisième chapitre est consacré à l'analyse asymptotique de ce problème variationnel couplé dans $\Om^\eps$. On établit des estimations indépendantes de $\eps$ en norme $H^1$ pour les dérivées partielles de la vitesse et de la température, et en norme $L^2$ pour les dérivées partielles de la pression. Ce qui nous permet d'obtenir des limites fortes. On obtient alors le problème limite, l'équation de Reynolds généralisée et on montre l'unicité des solutions de ce problème limite. Au quatrième chapitre, on présente une approximation du problème limite par une méthode d'éléments finis, on étudie la convergence des solutions approchées et on donne les estimations d'erreur d'approximation. Au dernier chapitre, on remplace la condition aux limites de Tresca par celle de Coulomb dans l'étude précédent et on obtient des résultats similaires.

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Maigrat, Guillaume. "Caractérisation expérimentale du remouillage des aciers." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0098/document.

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Sur la table de sortie d’un laminoir à chaud, le refroidissement des bandes d’acier est principalement assuré par des rampes de jets d’eau gravitaires qui vont impacter directement la surface supérieure de la bande en défilement. La température de la bande est initialement entre 800 et 900 °C et on cherche à la refroidir à des températures nettement inférieures mais précises avant son bobinage, cette température allant de la température ambiante à 700 °C suivant les propriétés voulues pour l’acier. Ce refroidissement assuré par les rampes de jets est transitoire et la vitesse de refroidissement est variable suivant la nature du régime de refroidissement. Le point de remouillage est défini par la température à laquelle le régime d’ébullition en film stable se termine et s’accompagne généralement d’une hausse significative des flux de refroidissements. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à caractériser ce point par des mesures d’épaisseur de vapeur effectuées à l’aide de sondes optiques. Les sondes optiques permettent de savoir si leur zone sensible est majoritairement dans le gaz ou le liquide et sont généralement exploitées pour faire des mesures de taux de vide. L’utilisation qui en est faite ici, à savoir une mesure précise de position d’interface, a demandé une calibration expérimentale précise afin de connaitre la position exacte de l’interface sur la zone sensible. Afin de disposer d’un outil fonctionnel, nous avons également cherché à modéliser la réponse des sondes à l’aide d’une méthode de lancer de rayons et en prenant en compte la formation du ménisque sur la pointe. Enfin, cette calibration et ce modèle ont été confrontés à des mesures expérimentales dans le cas du refroidissement d’une zone hémisphérique porté à haute température et donnant lieu à un régime d’ébullition en film stable
On a run out table of a hot rolling mill, the cooling of steel strips is mainly provided by ramps of water jets falling down that will directly impact the upper surface of the strip. The temperature of the strip starts between 800 and 900 °C and it is intended to cool at temperatures much lower than the start but still accurate before its winding, the temperature ranges from ambient temperature to 700 °C depending on the required properties for the steel product. This water-based process ensures a transient cooling at an uneven rate depending on the nature of the boiling regime. The rewetting point is defined by the temperature at which the stable film boiling regime ends. In general, the cooling fluxes show a significant increase at this particular transition. In this thesis, we sought to characterize rewetting by vapor thickness measurements and analysis using optical probes. The optical sensors inform us whether their sensitive area is mainly in the gas or in the liquid and are generally used to make void fraction measurements. The use that is made here, namely a precise measurement of the position of the interface, required a precise experimental calibration in order to know the exact position of the interface on the sensitive area. In order to have a working tool, we also modeled the response of the probes by using a ray tracing method and taking into account the formation of the meniscus on the tipoff the probe. Finally, the calibration and model were compared with experimental measurements in the case of the cooling of a hemispherical area initially at high temperature that provides a stable film boiling regime when it is partially immersed

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Chovet, Rogelio. "Caractérisation expérimentale et numérique du comportement rhéologique d'un fluide complexe : application à une mousse en écoulement dans un canal horizontal droit avec et sans singularités." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0021/document.

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Ce travail porte sur l’étude expérimentale et numérique de l’écoulement des mousses humides dans un canal horizontal droit de section carrée avec ou sans singularités. Il est consacré tout particulièrement à déterminer les paramètres pertinents de l’écoulement dont la chute de pression longitudinale, les champs de vitesse de l’écoulement de mousse en proche parois, les épaisseurs de films liquides minces et épais en paroi et l’évolution de la contrainte pariétale pour une mousse humide dont la fraction gazeuse varie de 55 à 85% et la vitesse débitante de la mousse est 2, 4 puis 6 cm/s. Une fois ces paramètres déterminés en conduite horizontale droite, nous avons ensuite effectué des mesures sur différentes géométries représentant un élargissement brusque, une chicane verticale et écoulement de mousse autour d’un cylindre, dont le but est d’étudier la réorganisation de l’écoulement en vue de déterminer le comportement rhéologique des mousses en écoulement à l’aval et à l’amont des singularités. Finalement, une étude de simulation numérique (CFD) en utilisant les lois de comportement de type Bingham, pour fluides non newtoniens, a été effectuée afin de tester sa capacité de représenter des écoulements type mousse humide dans une conduite horizontale avec ou sans singularités. Nous avons vérifié tout d’abord l’évolution longitudinale de la pression statique qui est linéaire à l’amont comme à l’aval loin des zones influencées par les singularités. La chute de pression singulière reste à peu près constante pour une vitesse débitante donnée de la mousse. À partir de la technique de Vélocimétrie par Image de Particule (PIV), nous avons déterminé les composantes de vitesse au voisinage immédiat des singularités. Ces mesures nous ont permis de mettre en évidence l’existence de différents régimes d’écoulement, et de déterminer la réorganisation et le comportement rhéologique de l’écoulement de mousse autour des géométries étudiées. L’analyse des mesures d’épaisseur de films liquides, obtenues par la méthode conductimétrique, indique que la paroi reste mouillée par un film liquide suffisamment épais pour qu’on puisse appliquer la méthode électrochimique. Les signaux polarographiques obtenus avec la mousse présentent alors de fortes fluctuations. La comparaison de celles-ci avec les contraintes pariétales déduites à partir des mesures de la chute de pression montre bien une bonne concordance. L’étude numérique (CFD), effectuée pour une fraction volumique de gaz égale à 70% et qui s’écoule avec une vitesse débitante de 2 cm/s, montre que le modèle rhéologique de Bingham pourrait être bien adapté à ce genre de mousse humide évoluant en écoulement en bloc
This work is an experimental and numerical study of aqueous foam flow inside a horizontal square duct, with and without flow disruption devices (fdd). It is especially devoted to determine the pertinent parameters of the flow: longitudinal pressure losses, velocity fields of foam flow near the walls, liquid film thickness (thick and thin), and the wall shear stress evolution, for an aqueous foam with a void fraction range between 55 and 85%, for a mean foam flow velocity of 2, 4 and 6 cm/s. Once they were determined, inside the horizontal channel, we carried out measurements over different geometries: half-sudden expansion, vertical fence and foam flow around a cylinder. The goal was to study the foam flow reorganization to well understand the rheological behavior of aqueous foam flow in the vicinities of different fdd. Finally, a numerical simulation (CFD), using the Bingham behavior model of non-Newtonian fluid, was undertaken to test its capacity to represent the aqueous foam flow inside the horizontal duct with flow disruption devices. First of all, we verified the static longitudinal pressure evolution, which varies linearly upstream and downstream far from the fdd. The singular pressure loss remains constant for a given mean foam velocity and a foam quality (void fraction). From the Particle Imaging Velocimetry (PIV) technique (2D), we determined the two velocity components in the immediate vicinities of the disruption devices. They allowed us to put into evidence the different foam flow regimes and to observe the foam flow reorganization and rheological behavior through the studied fdd. The slip-layer thickness analysis, obtained using the conductimetry method, shows that the wall presents a liquid film thick enough to apply an electrochemical technique (polarography). Thus, the polarographic signals, obtained for the foam flow, present important fluctuations. They were compared to the wall shear stress deducted from the measurement of pressure losses, showing a good similarity between them. The numerical study (CFD), carried out for aqueous foam flow with a void fraction of 70% and a mean foam flow velocity of 2 cm/s, shows that the Bingham rheological model can be adapted to this kind of aqueous foam flow which is flowing like a block

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Esnoul, Coralie. "Etude du comportement à rupture de la zone HBS du combustible UO2 dans les réacteurs à eau pressurisée, par une approche micromécanique en condition accidentelle d’APRP." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0682.

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La reproduction expérimentale de transitoires thermiques accidentels de type Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) en laboratoire a permis d’observer la fragmentation du combustible fortement irradié lorsque la gaine se déforme sous l’augmentation de la température. Ces fragments de petites tailles peuvent se relocaliser dans le ballon voire être éjectés hors du crayon cas de rupture de gaine. La zone High Burnup Structure (HBS) des combustibles fortement irradiés est la plus susceptible de se fragmenter et d’être relocalisée par sa position en périphérie de pastille. Pour expliquer ce phénomène, l’hypothèse retenue est que le transitoire provoque une surpression dans les bulles HBS ce qui mène à la décohésion des joints de grains et à la fragmentation. Cette thèse a pour but de développer un critère de fissuration mécanique du combustible pour mieux comprendre le comportement des bulles HBS lors des conditions thermiques APRP. Ce travail se base sur une méthode une méthode micromécanique en trois étapes : i) la représentation qui permet de caractériser la microstructure de la zone HBS (leurs dimensions, leur fraction volumique, et la pression interne). Deux sources d’informations seront utilisées : les observations expérimentales provenant de disques ou de pastilles de combustible irradiés à fort taux de combustion et d’outils numériques(avec Alcyone-Caracas [JSB+14])
Under Loss Of Coolant Accident(LOCA) transients conditions, the high irradiated fuel is fragmented in small sizes fragments who can be relocated in the balloon, or being ejected out of the fuel rod if the latter burst. This work focuses on the pellet rim, where bubbles density increases owing to a higher irradiation level. Usually the hypothesis used to explain fuel fragmentation during transient is grain cleavage induced by over pressurized fission gas bubbles, located at the grain boundary. The aim of this study is to define a macroscopic fragmentation model based on a micro mechanical approach to have a better understanding of the fuel mechanical behaviour at lower scale : size and volume fraction of fragments. This PhD introduces a stepwise micromechanical method based on three steps : i) firstly, we detail how to model the HBS microstructure including pressurized porosities, based on experimental or numerical data and define a representative volume element (RVE)

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Дисертації з теми "Refroidissement par film fluide"

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