To see the other types of publications on this topic, follow the link: Bingham fluids.
Dissertations / Theses on the topic 'Bingham fluids'
Create a spot-on reference in APA, MLA, Chicago, Harvard, and other styles
Consult the top 50 dissertations / theses for your research on the topic 'Bingham fluids.'
Next to every source in the list of references, there is an 'Add to bibliography' button. Press on it, and we will generate automatically the bibliographic reference to the chosen work in the citation style you need: APA, MLA, Harvard, Chicago, Vancouver, etc.
You can also download the full text of the academic publication as pdf and read online its abstract whenever available in the metadata.
Browse dissertations / theses on a wide variety of disciplines and organise your bibliography correctly.
1
Zengeni, Brian Tonderai. "Bingham yield stress and Bingham plastic viscosity of homogeneous Non-Newtonian slurries." Thesis, Cape Peninsula University of Technology, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11838/2458.
Full textAbstract:
Thesis (MTech (Mechanical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2016.This dissertation presents how material properties (solids densities, particle size distributions, particle shapes and concentration) of gold tailings slurries are related to their rheological parameters, which are yield stress and viscosity. In this particular case Bingham yield stresses and Bingham plastic viscosities. Predictive models were developed from analysing data in a slurry database to predict the Bingham yield stresses and Bingham plastic viscosities from their material properties. The overall goal of this study was to develop a validated set of mathematical models to predict Bingham yield stresses and Bingham plastic viscosities from their material properties. The interaction of the non-Newtonian material properties is very complex at varying mass solids concentrations. The evaluation of these interactions in terms of constitutive equations is almost impossible and the relationship between material properties, mass solids concentration and rheology can only be modelled in a statistical manner. The validity of each model is checked to ensure that predictions and interpretations are unbiased and efficient. This is done by comparing the resulting models to experimental data generated from test work. An in-depth analysis was conducted to see the interrelationship between the material properties and how they affect the yield stress and viscosity values.
2
Nassar, Waad. "La rhéologie des fluides magnétiques au dessous du seuil de Bingham." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00843471.
Full textAbstract:
Les fluides magnétorhéologiques sont des dispersions de micro-particules magnétiques dans un fluide porteur non magnétique. Leurs caractéristiques varient avec l'application d'un champ magnétique. Le modèle de Bingham décrit le comportement des FMR pour des grandes vitesses de cisaillement. En dessous du seuil de Bingham, le comportement des FMR a reçu moins d'attention, cependant sa compréhension est nécessaire dans les interfaces homme-machine où de faibles contraintes de cisaillement sont observées. Une analyse expérimentale du comportement des FMR au cisaillement linéaire par une plaque, à de faibles taux de cisaillement, montre une réponse gouvernée par deux régimes successifs limités par un phénomène d'interface. Dans le régime initial, le FMR se comporte comme un matériau pseudo-élastique, l'élasticité observée est indépendante du champ magnétique et de la fraction volumique des particules. Le revêtement extérieur des particules magnétiques par des polymères (révélé par microscopie) est à l'origine de cette cohésion non-magnétique. Ce régime est limité par un seuil proportionnel au carré du champ magnétique et à la fraction volumique de particules. Dans le régime suivant, la déformation en cisaillement est non uniforme dans le liquide. La moyenne de la contrainte de cisaillement augmente linéairement avec la moyenne du cisaillement. Le coefficient de variation est proportionnel au carré du champ magnétique et diminue avec la fraction volumique de particules. Ce régime est limité par une perte d'adhérence des agrégats magnétiques avec la plaque de cisaillement, en cas de cisaillement avec une plaque amagnétique, ou avec le pôle magnétique en cas de cisaillement avec une plaque magnétique. La perte d'adhérence se produit à un seuil proportionnel au carré du champ magnétique et à la fraction volumique des particules et dépend de la nature de la plaque de cisaillement. Ce seuil peut être localisé au-dessus du seuil de Bingham.
3
Obando, Vallejos Benjamin. "Mathematical models for the study of granular fluids." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0274/document.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à obtenir et à développer des modèles mathématiques pour comprendre certains aspects de la dynamique des fluides granulaires hétérogènes. Plus précisément, le résultat attendu consiste à développer trois modèles. Nous supposons dans un premier temps que la dynamique du matériau granulaire est modélisée à l’aide d’une approche fondée sur la théorie du mélange. D’autre part, pour les deux modèles restant, nous considérons que le fluide granulaire est modélisé à l’aide d’une approche multiphase associant des structures et des fluides rigides. Plus exactement : • Dans le premier modèle, nous avons obtenu un ensemble d’équations basées sur la théorie du mélange en utilisant des outils d’homogénéisation et une procédure thermodynamique. Ces équations reflètent deux propriétés essentielles des fluides granulaires : la nature visqueuse du fluide interstitiel et un comportement de type Coulomb de la composante granulaire. Avec nos équations, nous étudions le problème de Couette entre deux cylindres infinis d’un écoulement hétérogène granulaire dense, composé d’un fluide newtonien et d’une composante solide. • Dans le deuxième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide dans un matériau viscoplastique. Les équations 3D de Bingham modélisent ce matériau et les lois de Newton régissent le déplacement du corps rigide. Notre résultat principal est d’établir l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. • Dans le troisième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide conducteur thermique parfait dans un fluide newtonien conducteur de la chaleur. Les équations 3D de Fourier-Navier-Stokes modélisent le fluide, tandis que les lois de Newton et l’équilibre de l’énergie interne modélisent le déplacement du corps rigide. Notre principal objectif dans cette partie est de prouver l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. La formulation faible est composée de l’équilibre entre la quantité du mouvement et l’équation de l’énergie totale, qui inclut la pression du fluide, et implique une limite libre due au mouvement du corps rigide. Pour obtenir une pression intégrable, nous considérons une condition au limite de glissement de Navier pour la limite extérieure et l’interface mutuelleThis Ph.D. thesis aims to obtain and to develop some mathematical models to understand some aspects of the dynamics of heterogeneous granular fluids. More precisely, the expected result is to develop three models, one where the dynamics of the granular material is modeled using a mixture theory approach, and the other two, where we consider the granular fluid is modeled using a multiphase approach involving rigid structures and fluids. More precisely : • In the first model, we obtained a set of equations based on the mixture theory using homogenization tools and a thermodynamic procedure. These equations reflect two essential properties of granular fluids : the viscous nature of the interstitial fluid and a Coulomb-type of behavior of the granular component. With our equations, we study the problem of a dense granular heterogeneous flow, composed by a Newtonian fluid and a solid component in the setting of the Couette flow between two infinite cylinders. • In the second model, we consider the motion of a rigid body in a viscoplastic material. The 3D Bingham equations model this material, and the Newton laws govern the displacement of the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. • In the third model, we consider the motion of a perfect heat conductor rigid body in a heat conducting Newtonian fluid. The 3D Fourier-Navier-Stokes equations model the fluid, and the Newton laws and the balance of internal energy model the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. The weak formulation is composed by the balance of momentum and the balance of total energy equation which includes the pressure of the fluid, and it involves a free boundary (due to the motion of the rigid body). To obtain an integrable pressure, we consider a Navier slip boundary condition for the outer boundary and the mutual interface
4
Massingill, Robert Derryl Jr. "Mixing energy analysis of Bingham plastic fluids for severe lost circulation prevention using similitude." Texas A&M University, 2005. http://hdl.handle.net/1969.1/3339.
Full textAbstract:
As the demand for oil and gas resources increases, the need to venture into more
hostile environments becomes a dynamic focus in the petroleum industry. One problem
associated with certain high risk formations is lost circulation. As a result, engineers
have concentrated research efforts on developing novel Lost Circulation Materials
(LCMÂs) that will effectively treat thief zones. The most pioneering LCMÂs require
mixing energy to activate a reaction involving two or more chemicals. However,
minimal research has been conducted to accurately predict downhole mixing
capabilities. Therefore, this research focuses on developing a correlation between
laboratory experiments and scaled model experiments for accurate prediction of
downhole mixing energies in terms of flow rate for adequate mixing of lost circulation
prevention fluids.
5
Lavarda, Jairo Vinícius. "Convecção natural de fluidos de lei de potência e de Bingham em cavidade fechada preenchida com meio heterogêneo." Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2015. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1306.
Full textAbstract:
CAPESVários estudos numéricos investigaram cavidades fechadas sob o efeito da convecção natural preenchidas com fluidos newtonianos generalizados (FNG) nos últimos anos pelas aplicações diretas em trocadores de calor compactos, no resfriamento de sistemas eletrônicos e na engenharia de polímeros. Neste trabalho é realizada a investigação numérica do processo de convecção natural de fluidos de lei de Potência e de Bingham em cavidades fechadas, aquecidas lateralmente e preenchidas com meios heterogêneos e bloco centrado. O meio heterogêneo é constituído de blocos sólidos, quadrados, desconectados e condutores de calor. Como parâmetros são utilizados a faixa de Rayleigh de 104 à 107, índice de potência n de 0, 6 à 1, 6, número de Bingham de 0, 5 até Bimax , sendo investigado da influência do número de Prandtl para cada modelo de fluido. Nas cavidades com meio heterogêneo são utilizadas as quantidades de blocos de 9, 16, 36 e 64, mantendo-se a razão entre a condutividade térmica do sólido e do fluido κ = 1. Para as cavidades com bloco centrado, são utilizados os tamanhos adimensionais de 0, 1 à 0, 9 com κ = 0, 1; 1 e 10. A modelagem matemática é realizada pelas equações de balanço de massa, de quantidade de movimento e de energia. As simulações são conduzidas no programa comercial ANSYS FLUENT R . Inicialmente são resolvidos problemas com fluidos newtonianos em cavidade limpa, seguida de cavidade preenchida com meio heterogêneo e posteriormente bloco centrado para validação da metodologia de solução. Na segunda etapa é realizada o estudo com os modelos de fluidos de lei de Potência e de Bingham seguindo a mesma sequência. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas e pelo número de Nusselt médio na parede quente. De maneira geral, a transferência de calor na cavidade é regida pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade térmica dos blocos, pelo índice de potência para o modelo de lei de Potência e do número de Bingham para o modelo de Bingham. O número de Prandtl tem grande influência nos dois modelos de fluidos. O meio heterogêneo reduz a transferência de calor na cavidade quando interfere na camada limite térmica para ambos os fluidos, sendo feita uma previsão analítica para o fluido de lei de Potência. Para bloco centrado, a interferência na camada limite com fluido de lei de Potência também foi prevista analiticamente. A transferência de calor aumentou com bloco de baixa condutividade térmica e pouca interferência e com bloco de alta condutividade térmica e grande interferência, para ambos os fluidos.
Many studies have been carried out in square enclosures with generalized Newtonian fluids with natural convection in past few years for directly applications in compact heat exchangers, cooling of electronics systems and polymeric engineering. The natural convection in square enclosures with differently heated sidewalls, filled with power-law and Bingham fluids in addition with heterogeneous medium and centered block are analyzed in this study. The heterogeneous medium are solid, square, disconnected and conducting blocks. The parameters used are the Rayleigh number in the range 104 - 107 , power index n range of 0, 6 - 1, 6, Bingham number range of 0, 5 - Bimax , being the influence of Prandtl number investigated for each fluid model. The number of blocks for heterogeneous medium are 9, 16, 36 and 64, keeping constant solid to fluid conductive ratio, κ = 1. For enclosures with centered block are used the nondimensional block size from 0, 1 to 0, 9, with solid to fluid conductive ratio in range κ = 0, 1; 1 and 10. Mathematical modeling is done by mass, momentum and energy balance equations. The solution of equations have been numerically solved in ANSYS FLUENT R software. Firstly, numerical solutions for validation with Newtonian fluids in clean enclosures are conducted, followed by enclosures with heterogeneous medium and centered block. Subsequently, numerical solutions of power-law and Bingham fluids with same enclosures configurations are conducted. The results are reported in the form of streamlines, isotherms and average Nusselt number at hot wall. In general, the heat transfer process in enclosure is governed by Rayleigh number, size and thermal conductivity of the blocks, power index n for power-law fluid and Bingham number for Bingham fluid. Both fluid models are very sensitive with Prandtl number changes. Heterogeneous medium decrease heat transfer in enclosure when affects thermal boundary layer for both fluid models. One analytical prediction was made for power-law fluid. An increase in heat transfer occurs with low thermal conductivity block and few interference and with high thermal conductivity block and great interference, for both fluids.
6
Cascavita, Mellado Karol. "Méthodes de discrétisation hybrides pour les problèmes de contact de Signorini et les écoulements de Bingham." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1158/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la conception et à l'analyse de méthodes de discrétisation hybrides pour les inégalités variationnelles non linéaires apparaissant en mécanique des fluides et des solides. Les principaux avantages de ces méthodes sont la conservation locale au niveau des mailles, la robustesse par rapport à différents régimes de paramètres et la possibilité d’utiliser des maillages polygonaux / polyédriques avec des nœuds non coïncidants, ce qui est très intéressant dans le contexte de l’adaptation de maillage. Les méthodes de discrétisation hybrides sont basées sur des inconnues discrètes attachées aux faces du maillage. Des inconnues discrètes attachées aux mailles sont également utilisées, mais elles peuvent être éliminées localement par condensation statique. Deux applications principales des discrétisations hybrides sont abordées dans cette thèse. La première est le traitement par la méthode de Nitsche du problème de contact de Signorini (dans le cas scalaire) avec une non-linéarité dans les conditions aux limites. Nous prouvons des estimations d'erreur optimales conduisant à des taux de convergence d'erreur d'énergie d'ordre (k + 1), si des polynômes de face de degré k >= 0 sont utilisés. La deuxième application principale concerne les fluides à seuil viscoplastiques. Nous concevons une méthode de Lagrangien augmenté discrète appliquée à la discrétisation hybride. Nous exploitons la capacité des méthodes hybrides d’utiliser des maillages polygonaux avec des nœuds non coïncidants afin d'effectuer l’adaptation de maillage local et mieux capturer la surface limite. La précision et la performance des schémas sont évaluées sur des cas tests bidimensionnels, y compris par des comparaisons avec la littératureThis thesis is concerned with the devising and the analysis of hybrid discretization methods for nonlinear variational inequalities arising in computational mechanics. Salient advantages of such methods are local conservation at the cell level, robustness in different regimes and the possibility to use polygonal/polyhedral meshes with hanging nodes, which is very attractive in the context of mesh adaptation. Hybrid discretizations methods are based on discrete unknowns attached to the mesh faces. Discrete unknowns attached to the mesh cells are also used, but they can be eliminated locally by static condensation. Two main applications of hybrid discretizations methods are addressed in this thesis. The first one is the treatment using Nitsche's method of Signorini's contact problem (in the scalar-valued case) with a nonlinearity in the boundary conditions. We prove optimal error estimates leading to energy-error convergence rates of order (k+1) if face polynomials of degree k >= 0 are used. The second main application is on viscoplastic yield flows. We devise a discrete augmented Lagrangian method applied to the present hybrid discretization. We exploit the capability of hybrid methods to use polygonal meshes with hanging nodes to perform local mesh adaptation and better capture the yield surface. The accuracy and performance of the present schemes is assessed on bi-dimensional test cases including comparisons with the literature
7
Meira, Rodrigo Esperança da Cunha Pimentel de. "Estudo do escoamento de fluidos de lei de potência e de Bingham em canal parcialmente poroso utilizando o método Lattice Boltzmann." Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2715.
Full textAbstract:
CERNNNeste trabalho, propõe-se o estudo numérico do escoamento de fluidos de lei de potência e Bingham junto à interface entre uma região livre e outra porosa (interface fluido-porosa) utilizando o método lattice Boltzmann. Para tanto, considera-se o escoamento entre placas planas e paralelas entre as quais se faz presente um meio poroso abordado de forma heterogênea (resolução espacial da ordem de grandeza dos poros), representado através de obstáculos sólidos quadrados uniformemente distribuídos na parte inferior do canal. As análises realizadas mostram o efeito dos diversos parâmetros adimensionais que descrevem o problema sobre o fator de atrito na região livre do canal. De um modo geral, constata-se que a discrepância entre os fatores de atrito na região livre do canal e para o escoamento entre placas planas e paralelas cresce com o aumento da porosidade e do número de Bingham e com as reduções do número de obstáculos que compõem o meio poroso, número de Reynolds e índice de lei de potência. Ademais, propõe-se a adaptação do modelo analítico para a representação da interface fluido- porosa para escoamento de fluido newtoniano proposto por Ochoa-Tapia e Whitaker (1995b) ao escoamento de fluido de lei de potência, verificando-se a possibilidade de incorporar o comportamento não newtoniano do fluido ao parâmetro empírico do modelo.
The goal of this work is to numerically investigate the flow of power law and Bingham fluids next to the interface between a free and a porous region (fluid-porous interface) using the lattice Boltzmann method. For this, the flow between parallel plates partially filled by a porous material is studied, with the porous medium being represented by a set of solid square obstacles uniformly distributed in lower half of the channel. Results show the influence of non-dimensional parameters in the free region friction factor. In geral, it is observed that the friction factor decreases when porosity or Bingham number are increased and number of obstacles, Reynolds number or power law index are lowered. Moreover, it is porposed the application of the fluid-porous interface model proposed by Ochoa-Tapia e Whitaker (1995b) to the flow of power law fluids by varying the stress jump coefficient with the power law index.
8
Obando, Vallejos Benjamin. "Mathematical models for the study of granular fluids." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0274.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à obtenir et à développer des modèles mathématiques pour comprendre certains aspects de la dynamique des fluides granulaires hétérogènes. Plus précisément, le résultat attendu consiste à développer trois modèles. Nous supposons dans un premier temps que la dynamique du matériau granulaire est modélisée à l’aide d’une approche fondée sur la théorie du mélange. D’autre part, pour les deux modèles restant, nous considérons que le fluide granulaire est modélisé à l’aide d’une approche multiphase associant des structures et des fluides rigides. Plus exactement : • Dans le premier modèle, nous avons obtenu un ensemble d’équations basées sur la théorie du mélange en utilisant des outils d’homogénéisation et une procédure thermodynamique. Ces équations reflètent deux propriétés essentielles des fluides granulaires : la nature visqueuse du fluide interstitiel et un comportement de type Coulomb de la composante granulaire. Avec nos équations, nous étudions le problème de Couette entre deux cylindres infinis d’un écoulement hétérogène granulaire dense, composé d’un fluide newtonien et d’une composante solide. • Dans le deuxième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide dans un matériau viscoplastique. Les équations 3D de Bingham modélisent ce matériau et les lois de Newton régissent le déplacement du corps rigide. Notre résultat principal est d’établir l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. • Dans le troisième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide conducteur thermique parfait dans un fluide newtonien conducteur de la chaleur. Les équations 3D de Fourier-Navier-Stokes modélisent le fluide, tandis que les lois de Newton et l’équilibre de l’énergie interne modélisent le déplacement du corps rigide. Notre principal objectif dans cette partie est de prouver l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. La formulation faible est composée de l’équilibre entre la quantité du mouvement et l’équation de l’énergie totale, qui inclut la pression du fluide, et implique une limite libre due au mouvement du corps rigide. Pour obtenir une pression intégrable, nous considérons une condition au limite de glissement de Navier pour la limite extérieure et l’interface mutuelleThis Ph.D. thesis aims to obtain and to develop some mathematical models to understand some aspects of the dynamics of heterogeneous granular fluids. More precisely, the expected result is to develop three models, one where the dynamics of the granular material is modeled using a mixture theory approach, and the other two, where we consider the granular fluid is modeled using a multiphase approach involving rigid structures and fluids. More precisely : • In the first model, we obtained a set of equations based on the mixture theory using homogenization tools and a thermodynamic procedure. These equations reflect two essential properties of granular fluids : the viscous nature of the interstitial fluid and a Coulomb-type of behavior of the granular component. With our equations, we study the problem of a dense granular heterogeneous flow, composed by a Newtonian fluid and a solid component in the setting of the Couette flow between two infinite cylinders. • In the second model, we consider the motion of a rigid body in a viscoplastic material. The 3D Bingham equations model this material, and the Newton laws govern the displacement of the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. • In the third model, we consider the motion of a perfect heat conductor rigid body in a heat conducting Newtonian fluid. The 3D Fourier-Navier-Stokes equations model the fluid, and the Newton laws and the balance of internal energy model the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. The weak formulation is composed by the balance of momentum and the balance of total energy equation which includes the pressure of the fluid, and it involves a free boundary (due to the motion of the rigid body). To obtain an integrable pressure, we consider a Navier slip boundary condition for the outer boundary and the mutual interface
9
Goncalves, Fernando D. "Characterizing the Behavior of Magnetorheological Fluids at High Velocities and High Shear Rates." Diss., Virginia Tech, 2005. http://hdl.handle.net/10919/26142.
Full textAbstract:
Magnetorheological (MR) fluids offer solutions to many engineering challenges. The success of MR fluid is apparent in many disciplines, ranging from the automotive and civil engineering communities to the biomedical engineering community. This well documented success of MR fluids continues to motivate current and future applications of MR fluid.
One such application that has been considered recently is MR fluid devices for use in impact and other high velocity applications. In such applications, the fluid environment within the device may be well beyond the scope of our understanding for these fluids. To date, little has been done to explore the suitability of MR fluids in such high velocity and high shear applications.
While future applications may expose the fluid to adverse flow conditions, we must also consider current and existing applications which expose the fluid to extreme flow environments. Consider, for example, an MR damper intended for automotive primary suspensions, in which shear rates may exceed 10^5 s^-1. Flow conditions within these dampers far exceed existing fluid behavior characterization.
The aim of the current study is to identify the behavior of the fluid under these extreme operating conditions. Specifically, this study intends to identify the behavior of MR fluid subject to high rates of shear and high flow velocities. A high shear rheometer is built which allows for the high velocity testing of MR fluids. The rheometer is capable of fluid velocities ranging from 1 m/s to 37 m/s, with corresponding shear rates ranging from 0.14x10^5 s^-1 to 2.5x10^5 s^-1. Fluid behavior is characterized in both the off-state and the on-state.
The off-state testing was conducted in order to identify the high shear viscosity of the fluid. Because the high shear behavior of MR fluid is largely governed by the behavior of the carrier fluid, the carrier fluid behavior was also identified at high shear. Experiments were conducted using the high shear rheometer and the MR fluid was shown to exhibit nearly Newtonian post-yield behavior. A slight thickening was observed for growing shear rates. This slight thickening can be attributed to the behavior of the carrier fluid, which exhibited considerable thickening at high shear.
The purpose of the on-state testing was to characterize the MR effect at high flow velocities. As such, the MR fluid was run through the rheometer at various flow velocities and a number of magnetic field strengths. The term â dwell timeâ is introduced and defined as the amount of time the fluid spends in the presence of a magnetic field. Two active valve lengths were considered, which when coupled to the fluid velocities, generated dwell times ranging from 12 ms to 0.18 ms. The yield stress was found from the experimental measurements and the results indicate that the magnitude of the yield stress is sensitive to fluid dwell time. As fluid dwell times decrease, the yield stress developed in the fluid decreases. The results from the on-state testing clearly demonstrate a need to consider fluid dwell times in high velocity applications. Should the dwell time fall below the response time of the fluid, the yield stress developed in the fluid may only achieve a fraction of the expected value. These results imply that high velocity applications may be subject to diminished controllability for falling dwell times.
Results from this study may serve to aid in the design of MR fluid devices intended for high velocity applications. Furthermore, the identified behavior may lead to further developments in MR fluid technology. In particular, the identified behavior may be used to develop or identify an MR fluid well suited for high velocity and high shear applications.Ph. D.
10
Riber, Stéphanie. "Méthodes numériques pour la simulation des écoulements de matériaux granulaires par une approche continue." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM020/document.
Full textAbstract:
Cette thèse traite de la modélisation et des méthodes numériques pour la simulation d'écoulements de fluides non-Newtoniens, et particulièrement, de matériaux granulaires. Une application de ce travail concerne les poudres de couverture utilisées pour protéger thermiquement le métal de l'air dans le procédé de coulée en source d'alliages métalliques. Ces poudres sont conditionnées dans des sacs disposés dans la lingotière, qui brûlent suite aux fortes chaleurs engendrées, et permettant son écoulement sur la surface du métal. Ainsi, la simulation numérique apparaît comme un puissant outil pour l'optimisation du procédé, et notamment, de l'étalement de ces poudres.Dans ce travail, une formulation éléments finis a été proposée pour modéliser l'écoulement multiphasique des matériaux granulaires dans un formalisme de la mécanique des milieux continus. Les équations associées sont résolues via des schémas numériques stabilisés, couplés avec la méthode Level-Set pour capturer et suivre le profil du matériau granulaire au cours de la simulation. Dans un premier temps, les outils numériques ont été testés sur des cas d'écoulements de fluides de Bingham, où les fortes non-linéarités sont traitées par une méthode de régularisation. Puis la formulation est étendue aux écoulements de granulaires secs, dont le comportement piezzo-dépendent est traduit par la loi mu(I). Le modèle a été validé sur des cas d'effondrement de colonnes de grains, et une étude de sensibilité aux conditions aux limites et constantes physiques du modèle est proposée.Enfin, des cas industriels de chutes de poudres sur substrats solide et métal fondu ont été menés, amenant à des premières pistes pour l'optimisation du procédé de coulée en lingotièreThis thesis is devoted to the modeling and numerical methods for the simulation of non-Newtonian flows, and focuses particularly on granular materials flows. This work is applied to molten powders aiming to ensure metal thermal protection from the air in ingot casting process of metallic alloys. These powders are conditionned into bags disposed into the mold, which burn due to high temperatures, and allowing the powder spreading onto the metal surface. Thus, numerical simulation appears as a powerful tool for the process optimization, and especially, for the powder spreading.In this work, a finite element formulation has been proposed for the modeling of granular multiphase flows, by a continuum approach. The associated equations are solved using stabilized numerical schemes, coupled with the Level-Set method to capture and follow the granular profile during the simulation. First, the numerical tools have been implemented for Bingham flows, by using regularization a method. Then, the formulation was extended to dry granular flows, by the use of the mu(I) rheology constitutive model for describing its pressure-dependent behavior. The model has been validated on granular collapses, and a sensitivity analysis to boundary conditions and physical constants has been proposed.Finally, industrial cases of powder chutes ontoboth solid and liquid metla substrates have been conducted, leading to preliminary solutions for the optimization of ingot casting process
11
Al, Taki Bilal. "Sur quelques modèles hétérogènes en mécanique des fluides." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAM057/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'analyse mathématique de quelques modèles hétérogènes intervenants en mécanique des fluides. En particulier, elle est consacré a l'étude théorique des systèmes d'équations aux derivées partielles décrivants les trois modèles principaux que nous voulons présenter dans la suite. Le premier modèle étudié dans cette thèse est consacré à l'étude de l'écoulement d'un fluide visqueux newtonien et incompressible dans un bassin avec bathymétrie qui dégenère proche du bord. Le modèle mathématique étudié provient alors des équations de Navier-Stokes incompressible. On cherche à montrer que le problème de Cauchy correspondant est bien posé, au sens qu'on peut garantir l'existence globale et l'unicité de solutions faibles. Nous discuterons aussi la régularité de la solution faible. Finalement,nous établissons la convergence de la solution du modèle visqueux vers celle du modèle non visqueux quand le coefficient de viscosité tend vers zéro.La deuxième partie est dédiée à l'étude d'un modèle issu du système de Navier-Stokes dispersif ( il contient une correction dispersive) qui est lui meme obtenu à partir de la théorie cinétique des gaz. Notre modèle mathématique est dérivé a partir de ce dernier en supposant que le nombre de Mach est très faible. Le modèle obtenu est nommé effet fantôme (ou ghost effect an anglais), puisqu'il ne peut pas être obtenu à partir du modèle de Navier-Stokes compressible classique. L'objectif dans ce cadre sera d'étendre un résultat concernant l'existence locale d'une solution forte vers l'existence globale d'une solution faible. L'ingrédient principal dans notre analyse est une nouvelle inégalité fonctionnelle de type Log-Sobolev.La troisième partie de ce document est une contribution à une thématique de recherche se proposant d'analyser la compréhension des phénomènes rencontrés en géophysique qui font intervenir des milieux granulaires. Le modèle mathématique choisi est de type Bingham incompressible dont on fait dépendre le seuil de plasticité et le coe fficient de viscosité de la pression. On montre un résultat d'existence globale d'une solution faible du problème de Cauchy associéThis thesis is devoted to the mathematical analysis of heterogeneous models raised by fluid mechanics. In particular, it is devoted to the theoretical study of partial differential equations used to describe the three main models that we present below.Initially, we are interested to study the motion of a compressible newtonienfluids in a basin with degenerate topography. The mathematical model studied derives from incompressible Navier-Stokes equations. We are interested to prove that the Cauchy problem associated is well posed. Well-posedness means that there exists a solution, that it is unique. In the meantime, we prove that the solution of the viscous model converges to the one of the inviscid limit model when the viscosity coe cient tends to zero.The second part in my thesis is devoted to study a model that arises from dispersive Navier-Stokes equations (that includes dispersive corrections to the classical compressible Navier-Stokes equations). Our model is derived from the last model assuming that the Mach number is very low. The obtained system is a Ghost eect system, which is so named because it can be derived from Kinetic theory. The main goal of this part is to extend a result concerning the local existence of strong solution to a global-in time existence of weak solutions. The main ingredient in this work is a new functional inequality of Log-Sobolev type.The last part of my thesis is a part of a research theme intends to analyze the understanding of phenomena encountered in geophysics which involves granular media. The mathematical model is of Bingham incompressible type with viscosity and placticity depending on the pressure. We provide a global existence of weak solutions of the Cauchy problem associated
12
Unda, Surawski Francisco Tomás. "Fluidos de Bingham en canaletas rectangulares." Tesis, Universidad de Chile, 2012. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/111308.
Full textAbstract:
Ingeniero Civil MatemáticoEl primer objetivo de este trabajo es desarrollar un algoritmo que resuelva la EDP asociada al modelo de Bingham, en un dominio particular, una canaleta. La dificultad se centra en que este modelo introduce una no linealidad al problema. Como segundo objetivo, una vez obtenido este algoritmo, se quiere validar usando mediciones obtenidas mediantes experimentos sobre fluidos que se cree se comportan como el modelo de Bingham indica. Con esto en mente, se estudia el modelo de Bingham y problemas asociados equivalentes en formulación débil. Esto permite concluir características de las soluciones y también encontrar un algoritmo, que nace de la formulación del problema como punto silla. El algoritmo resuelve la no linealidad de las ecuaciones de Cauchy mediante una simplificación nacida de la geometría especial de las canaletas, y la no linealidad de Bingham mediante un astuto algoritmo iterativo debido a Glowinski, que resuelve en cada paso un problema lineal. Se utilizó Matlab para el desarrollo de los algoritmos puesto que debemos utilizar matrices y operaciones de matrices de forma repetida, y Matlab está optimizado para ello. Una vez obtenido un algoritmo, se usan los datos de la tésis de Jorge Martínez, para validar el modelo, y reobtener algunos datos intrínsecos del fluido, a saber, su tensión de fluencia $\tau$ y su viscosidad $\mu$ y compararlos con las versiones obtenidas experimentalmente. Esto se hace mediante una minimización de cuadrados de la diferencia entre datos locales de la velocidad y la solución obtenida por el algoritmo.
13
Marly, Arthur. "Analyse mathématique et numérique d'écoulements de fluides à seuil." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN034/document.
Full textAbstract:
Ette thèse traite d’écoulements de fluides à seuil (ou viscoplastiques) en milieu confiné. Les difficultés analytiques et numériques sont dues à la multivaluation du tenseur des contraintes dans les zones plastiques ainsi qu’à la non-différentiabilité du problème de minimisation associé. Cette thèse s’articule en deux parties.Dans un premier temps, des simulations numériques parallèles très précises à l’aide d’algorithmes de dualité ont été effectuées. Elles ont permis de retrouver des résultats observés expérimentalement dont l’existence d’une ligne de glissement pour l’écoulement au dessus d’un obstacle et le caractère quasi-Poiseuille de la vitesse au-delà de cette ligne. Par ailleurs, la théorie de couche limite viscoplastique définie par Oldroyd (1947, à nombre de Bingham asymptotiquement grand) a été revisitée à nombre de Bingham modéré en milieu confiné. L’étude a mis en œuvre des allers-retours entre ces simulations et les expériences physiques de Luu et al. d’IRSTEA ainsi qu’une dérivation théorique. L’approximation de couche limite est vérifiée dans une certaine mesure à l’intérieur de la cavité. Une adaptation de la notion de couche limite viscoplastique est alors exhibée et permet d’étendre les scalings dérivés par Oldroyd (1947) et Balmforth et al. (J. of Fluid Mech, 2017). Ces scalings sont aussi généralisés au cas de la loi d’Herschel-Bulkley. Dans un second temps, on présente une analyse asymptotique des champs de vitesses et de contraintes pour des écoulements en faible épaisseur (ε). Un développement à l’ordre ε2 de la vitesse permet de trouver une équation de Reynolds à la même précision. Cette équation de Reynolds prolonge les résultats déjà existants dans le cadre newtonien, d’une part et dans le cadre fluide à seuil avec une surface libre, d’autre partThis thesis is devoted to the flow of yield stress (or viscoplastic) fluids in pipes.Analytical and numerical difficulties lie in the multivaluation of the stress tensor in the plastic regions and in the non-differentiability of the associated minimization problem. This manuscript is organized following two main axes.First, very accurate numerical simulations were carried out using duality methods and parallel multifrontal solvers. Thus, experimental observations were recovered, namely the existence of a slip line for the flow over an obstacle and the Poiseuille-like behaviour of the velocity above this line. Moreover, the viscoplastic boundary layer theory defined by Oldroyd (1947 at high Bingham numbers) was revisited at moderate Bingham numbers in confined areas. This study provided an opportunity to go back and forth between these simulations and the physical measures of Luu et al. from IRSTEA and to perform a theoretical derivation. The boundary layer approximation is valid up to a certain extent in the cavity. An adaptation of the viscoplastic boundary layer definition is then given and allows to generalize the scalings shown by Oldroyd (1947) and Balmforth et al. (JFM 2017). These scalings are also generalized to the Herschel-Bulkley case. Then, an asymptotic analysis of the velocity and stress fields for thin layer (ε) flows is presented. A velocity development up to ε2 lets us find a Reynolds equation of same accuracy. This Reynolds equation extends the already existing results, on the one hand in the newtonian case and on the second hand for free surface flows
14
Faria, Cristiane Oliveira de. "Uma nova formulação regularizada para escoamentos de fluidos de bingham." Laboratório Nacional de Computação Científica, 2010. http://www.lncc.br/tdmc/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=219.
Full textAbstract:
Nesta tese apresenta-se uma nova formulação mista estabilizada regularizada de elementos finitos nas variáveis primais com interpolação contínua para a velocidade e descontínua para a pressão, para problemas de fluidos viscoplásticos.
Esta formulação tem base nos métodos de lagrangeano aumentado-regularização e de estabilização por mínimos quadrados.
Discutem-se as dificuldades de resolução dos problemas viscoplásticos especialmente aqueles modelados pela relação de Bingham
que prevê uma descontinuidade na forma de restrição de desigualdade. São apresentadas criticamente a teoria de lagrangeano aumentado,
os modelos regularizados e o método estabilizado via mínimos quadrados. São feitas análises matemáticas para a nova formulação em termos de estabilidade, existência e unicidade de solução. Ordens de convergência ótimas são obtidas matematicamente,
superando os métodos clássicos que também apresentam limitação para o valor de tensão limite. Resultados numéricos são apresentados confirmando a teoria aqui desenvolvida e mostrando a robustez do novo método para resolver problemas onde a tensão limite é muito elevada.
15
Liu, Ye. "The propagation of the gravity current of Bingham fluid : a numerical investigation." Thesis, University of British Columbia, 2014. http://hdl.handle.net/2429/51637.
Full textAbstract:
We have studied the propagation of 2D unit block of viscoplastic fluid of Bingham type over a horizontal plane, underneath another Newtonian fluid. We numerically simulate the dynamics of a two-layer fluid in a rectangle domain, using the volume-of-fluid method to deal with the evolution of the interface, and regularization scheme of the constitutive law, which replaces unyielded plugs with very viscous flow. We explore the final shape of the flow for varying yield stress, comparing the numerical results with the predictions of the asymptotic theory, a plasticity model based on slipline theory, and other past results.
Numerical difficulties with the moving contact lines are encountered during the numerical simulation. A slip boundary condition is used to address this issue, the validity of which should be further investigated.Science, Faculty of
Mathematics, Department of
Graduate
16
Chuta, Caceres Edgar. "Impact de la rhéologie des matériaux cimentaires sur l’aspect des parements et les procédés de mise en place." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1004/document.
Full textAbstract:
La technologie du béton progresse très rapidement, principalement en ce qui concerne l'amélioration de ses propriétés mécaniques. Au cours des dernières années, de grands efforts ont été faits pour améliorer l'apparence de la surface du béton. L'amélioration de la surface du béton améliore non seulement l'aspect esthétique du béton, mais protège également le béton contre les agressions provenant de l'environnement. La surface du béton brut présente généralement de nombreux défauts de surface. Ces défauts sont visibles à l'œil nu par des variations de couleur ou de texture. Selon la littérature, l'ensemble de tous ces défauts est dû à la composition initiale du béton, aux formes de remplissage et enfin, aux conditions de conservation après démoulage. Au travers de ma thèse j'ai travaillé sur l'influence de la composition des matériaux cimentaires sur l'aspect final de la surface une fois durcie, et notamment en analysant le rapport E/C. Les essais ont tous été effectués sur de ciment CEM I. Pour la partie expérimentale, nous avons fabriqué des pâtes de ciment et des mortiers avec différents rapports E/C dans des moules métalliques de 4x4x16 $cm^3$. Nous avons utilisé un spectre colorimètre pour mesurer l'intensité de la lumière réfléchie en termes de luminance et un microscope numérique pour mesurer la rugosité des surfaces en termes de surface développée. A partir de nos résultats, nous avons observé que l'augmentation du rapport E/C engendre l'éclaircissement des surfaces et une diminution de la rugosité de la surface des matériaux cimentaires. Nous avons également effectué des essais rhéologiques sur des pâtes et des mortiers frais. Pour les pâtes, un rhéomètre rotatif de l'IRC (Institut de Recherche en Constructibilité) -ESTP Paris a été utilisé, tandis que pour les mortiers, le rhéomètre de CERIB (à Épernon) a été privilégié. Par nos résultats, nous avons observé que l'augmentation de l'eau dans la composition des matériaux cimentaires engendre considérablement la diminution du seuil de cisaillement et de la viscosité. Les modèles mathématiques pour décrire l'écoulement de matériaux cimentaires utilisés étaient les modèles classiques (Bingham, Herschel Bulkley et Casson) et modifiés par Papanastasiou. A partir de la régression numérique, nous avons observé que la loi de Herschel Bulkley et tous les autres modèles modifiés sont bien adaptés pour décrire le comportement des pâtes de ciment. Pour les mortiers, les modèles Bingham, Herschel Bulkley et tous les modèles modifiés sont bien adaptés pour les mortiers fluides. Enfin, la loi de Bingham-Papanastasiou a été choisie pour modéliser l'écoulement des pâtes de ciment via COMSOL multiphysics. Les résultats numériques sont comparés avec ceux d’expérimentationThis thesis deals with the study of the influence of the water variations in the concrete-formwork interface. The proposed approach is intended to analyze two aspects. • The role of the concrete mixing formulation, and the casting procedures on the finished mortar surface. • The movement of water in concrete formwork interface. Firstly, we search to confirm the phenomenological results on the relationship between the luminance of the concrete surface and its roughness, this last being governed by the local W/C ratio in the formwork interface. This relationship will be established for compositions of modern concrete. After, we will examine the role of operational factors on the granular segregation on the mortar surface and their consequences on the bleeding of the specimens, on the water movements as well as on the color of the surface. Parameters : Formulation parameters : granular composition, G/S, S/G, W/C ratio and admixtures Parameters of implementation: Temperature and relative humidity, vibration, waiting time, type of formwork, release agents. Maturation parameters: temperature, relative humidity, form release deadline and carbonation
17
Hamzaoui, Benyounès. "Comportement asymptotique de l'écoulement d'un fluide de Bingham à travers une passoire plane perforée périodiquement." Mulhouse, 1997. http://www.theses.fr/1997MULH0511.
Full textAbstract:
Un fluide viscoplastique de Bingham circule lentement dans un réservoir séparé en deux sous-domaines par une passoire plane et perforée périodiquement. Le fluide est supposé adhérer parfaitement à la passoire. Le fluide est soumis à des forces volumiques et son déplacement est imposé sur les parois du réservoir. L'objectif de ce travail est de d'écrire le comportement asymptotique de cet écoulement lorsque le paramètre, qui décrit la périodicité de la répartition des trous de la passoire, tend vers 0. Ce comportement asymptotique est établi en utilisant les méthodes d'épi-convergence et en pénalisant le terme à croissance linéaire par rapport au gradient du déplacement, dans le cas de perforations très petites. On précise également le comportement asymptotique de l'écoulement dans le cas de perforations de taille équivalente à la distance qui les sépare, en construisant des fonctions test adaptées.
18
Vieira, Adriana Silveira [UNESP]. "Um panorama sobre roll waves em escoamentos laminares e turbulentos com superfície livre." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2007. http://hdl.handle.net/11449/88890.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Previous issue date: 2007-12-07Bitstream added on 2014-06-13T19:50:38Z : No. of bitstreams: 1
vieira_as_me_ilha.pdf: 1217264 bytes, checksum: cb21063aba699b564242c2fc4b3c3ed4 (MD5)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Os escoamentos na superfície livre que se processam sobre forte declividade podem desenvolver instabilidades ao cabo de tempo finito. Tais instabilidades aparecem sob formas de ondas tipo “hydraulic jumps” bem espaçados e são denominadas Roll Waves. Estas ondas, longas e periódicas, podem ser contínuas ou descontínuas; contínuas em problema Shallow Water viscoso e descontínuas para o caso não viscoso. Tal fenômeno pode ser observado tanto em escoamentos naturais como em canais artificiais e vertedouros de barragens. Tratando-se de escoamento de Fluidos não newtonianos, tal fenômeno pode ser visto facilmente em lavas torrenciais, avalanchas ou “debris flows”. Nesta dissertação foram analisados matematicamente e numericamente o comportamento e as condições de existência para a formação de Roll Waves em escoamentos laminares e turbulentos. Em escoamentos turbulentos toma-se como referência os trabalhos realizados por Maciel (2001) numa reologia Binghamiana. Para escoamentos laminares, cita-se o trabalho de Mei (1994) em uma reologia tipo Power Law. No plano numérico, para escoamentos turbulentos, foram utilizadas rotinas do MATLAB® versão 6.5 e, para escoamentos laminares, rotinas em FORTRAN 90; onde pôde-se analisar e comparar resultados para diversas reologias. O foco desta dissertação foi tratar o problema Roll Waves como uma instabilidade na vizinhança do regime uniforme para Fluidos não newtonianos, em regimes turbulentos e laminares. A reologia tratada e representativa de diversos escoamentos na natureza foi a de Herschel Bulkley. A partir desta dissertação deixa-se, como perspectiva futura, um estudo mais aprofundado sob formação de ondas em fluidos hiperconcentrados tipo Herschel Bulkley com abordagem experimental a fim de validar resultados apontados nesta pesquisa.
Flows that happen over strong slope with free surface can develop instabilities after some finite time. Such wave shaped instabilities appear in the flow and are of the type “hydraulic jumps” well spaced and they are called Roll Waves. Those waves are long and periodic, continuous or discontinuous, continuous in viscous Shallow Water problems, and discontinuous for the inviscid case. Roll Waves are uncommon in natural flows, but they are common in man made channels and dams spillway. For flows of non Newtonian fluids such phenomenon can be seen easily in lava torrent, avalanche and debris flow. In this work it were mathematically and numerically analyzed the behavior and the existence conditions for the generation of Roll Waves within laminar and turbulent flows. For turbulent flows it is taken as reference the works done by Maciel (2001) dealing with a Bingham rheology. For laminar flows the reference is the work done by Mei (1994) using a Power Law rheology. Numerically, for turbulent flows it were used MATLAB® 6.5 procedures and for laminar flows FORTRAN 90 procedures were developed. Using these reference procedures it was obtained compared and analyzed results for several rheologies. This work left as future perspective a deeper study about the generation of waves in hipper concentrated fluids such as Herschel Bulkley fluid, with an experimental approach aiming to validate results produced. The focus of this work was to treat the so called Roll Waves problem as an instability in the vicinity of the uniform flow regime for non Newtonian fluids under laminar and turbulent flow regimes. The Herschel Bulkley rheology that was treated in this work is representative of several flows that happen in nature.
19
Vieira, Adriana Silveira. "Um panorama sobre roll waves em escoamentos laminares e turbulentos com superfície livre /." Ilha Solteira : [s.n.], 2007. http://hdl.handle.net/11449/88890.
Full textAbstract:
Orientador: Geraldo de Freitas MacielBanca: André Luiz Seixlack
Banca: Luís Miguel Chagas da Costa Gil
Resumo: Os escoamentos na superfície livre que se processam sobre forte declividade podem desenvolver instabilidades ao cabo de tempo finito. Tais instabilidades aparecem sob formas de ondas tipo "hydraulic jumps" bem espaçados e são denominadas Roll Waves. Estas ondas, longas e periódicas, podem ser contínuas ou descontínuas; contínuas em problema Shallow Water viscoso e descontínuas para o caso não viscoso. Tal fenômeno pode ser observado tanto em escoamentos naturais como em canais artificiais e vertedouros de barragens. Tratando-se de escoamento de Fluidos não newtonianos, tal fenômeno pode ser visto facilmente em lavas torrenciais, avalanchas ou "debris flows". Nesta dissertação foram analisados matematicamente e numericamente o comportamento e as condições de existência para a formação de Roll Waves em escoamentos laminares e turbulentos. Em escoamentos turbulentos toma-se como referência os trabalhos realizados por Maciel (2001) numa reologia Binghamiana. Para escoamentos laminares, cita-se o trabalho de Mei (1994) em uma reologia tipo Power Law. No plano numérico, para escoamentos turbulentos, foram utilizadas rotinas do MATLAB® versão 6.5 e, para escoamentos laminares, rotinas em FORTRAN 90; onde pôde-se analisar e comparar resultados para diversas reologias. O foco desta dissertação foi tratar o problema Roll Waves como uma instabilidade na vizinhança do regime uniforme para Fluidos não newtonianos, em regimes turbulentos e laminares. A reologia tratada e representativa de diversos escoamentos na natureza foi a de Herschel Bulkley. A partir desta dissertação deixa-se, como perspectiva futura, um estudo mais aprofundado sob formação de ondas em fluidos hiperconcentrados tipo Herschel Bulkley com abordagem experimental a fim de validar resultados apontados nesta pesquisa.
Abstract: Flows that happen over strong slope with free surface can develop instabilities after some finite time. Such wave shaped instabilities appear in the flow and are of the type "hydraulic jumps" well spaced and they are called Roll Waves. Those waves are long and periodic, continuous or discontinuous, continuous in viscous Shallow Water problems, and discontinuous for the inviscid case. Roll Waves are uncommon in natural flows, but they are common in man made channels and dams spillway. For flows of non Newtonian fluids such phenomenon can be seen easily in lava torrent, avalanche and debris flow. In this work it were mathematically and numerically analyzed the behavior and the existence conditions for the generation of Roll Waves within laminar and turbulent flows. For turbulent flows it is taken as reference the works done by Maciel (2001) dealing with a Bingham rheology. For laminar flows the reference is the work done by Mei (1994) using a Power Law rheology. Numerically, for turbulent flows it were used MATLAB® 6.5 procedures and for laminar flows FORTRAN 90 procedures were developed. Using these reference procedures it was obtained compared and analyzed results for several rheologies. This work left as future perspective a deeper study about the generation of waves in hipper concentrated fluids such as Herschel Bulkley fluid, with an experimental approach aiming to validate results produced. The focus of this work was to treat the so called Roll Waves problem as an instability in the vicinity of the uniform flow regime for non Newtonian fluids under laminar and turbulent flow regimes. The Herschel Bulkley rheology that was treated in this work is representative of several flows that happen in nature.
Mestre
20
Marouche, Mohamed. "Hydrodynamique d'un système d'agitation en fluide viscoplastique et en régime laminaire inertiel." Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT011H.
Full textAbstract:
L'hydrodynamique d'un système d'agitation est très dépendante, quantitativement et qualitativement, de la nature rhéologique des fluides impliqués dans le procédé. Dans ce travail, on étudie le cas de fluides viscoplastiques très visqueux dans un système d'agitation classique: une cuve cylindrique et un agitateur ancre. Le cas du ruban hélicoi͏̈dal est également abordé. On s'intéresse aux écoulements laminaires, incompressibles et isothermes. La première partie de ce travail est consacrée à une approche numérique effectuée à l'aide d'un code industriel ('Fluent'). Le seuil d'écoulement lié au comportement viscoplastique est modélisé par une loi théorique de Bingham. Dans un premier temps, une étude sur l'écoulement de Couette entre cylindres coaxiaux permet de tester la validité et les limites des modèles adoptés pour approcher cette loi. On développe également une étude analytique de la puissance consommée et de la validité d'une extension de la loi de Metzner et Otto. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser l'étude du système d'agitation en géométrie bi- puis tri-dimensionnelle. Les champs de vitesse sont analysés. On montre que l'existence d'un seuil, caractérisé par le nombre de Hedström, peut conduire à une quasi-immobilisation de larges zones à l'intérieur du système d'agitation. Les effets croisés de l'inertie et de la viscoplasticité sont étudiés. Une application au mélange est proposée. La deuxième partie de ce travail est consacrée à une approche expérimentale. Des mesures du champ de vitesse dans une section horizontale de la cuve ont été réalisées par vélocimétrie par images de particules (PIV). L'étude a été faite en fluide newtonien (solutions de glucose) et en fluide viscoplastique (solutions de Carbopol). Des glissements à la paroi ont été observés et annulés par l'adjonction de rugosités sur la cuve. Une comparaison avec les résultats numériques est ensuite effectuée et analysée.
21
NGUYEN, XUAN TOAN. "Etude de l'écoulement d'un fluide de bingham dans un contact hydrodynamique : modélisation de la zone de séparation du film." Poitiers, 1990. http://www.theses.fr/1990POIT2309.
Full textAbstract:
L'ecoulement d'un fluide non-newtonien dans la zone de separation du film d'un contact hydrodynamique est etudie a partir du modele de bingham relatif au comportement de ce fluide. Ce modele de base theorique conduit a l'ecriture simple et exacte des equations de navier-stokes caracterisant l'etat rheologique d'un fluide visco-plastique. Une modelisation de la zone de separation du film permet de determiner le domaine d'etude et les conditions aux limites requises. Les etapes de l'application de la methode des elements finis a la resolution des equations de navier-stokes ecrites dans ce cas sont rappelees en detail. Les programmes de calcul sont tout d'abord mis au point dans le cas simple de l'ecoulement des fluides dans une alveole d'un contact hydrodynamique, et des exemples d'applications permettent de decrire l'evolution de cet ecoulement. En considerant l'ecoulement du fluide newtonien dans la zone de separation du film, les calculs numeriques fournissent des resultats en bon accord avec ceux donnes par d'autres auteurs. L'objectif principale de cette etude est la definition de la zone de separation du film d'un contact lubrifie par un fluide de bingham. Les series de calculs effectues montrent l'influence des differents parametres lies aux conditions de fonctionnement du mecanisme sur ce phenomene. Les resultats obtenus permettent d'aboutir a une meilleure comprehension de cette zone et de proposer un encadrement des conditions aux limites de la zone de sortie du film pour la resolution de l'equation de reynolds
22
Barrela, Eduardo José Airoso. "Comportamento reológico do betão autocompactável: influência dos materiais constituintes no estado frescoi." Master's thesis, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2010. http://hdl.handle.net/10362/10557.
Full textAbstract:
Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Perfil de Construção, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e TecnologiaO betão autocompactável é um betão da classe dos betões especiais, característico pela sua elevada fluidez, e pela dispensa de mecanismos de vibração aquando da sua aplicação. Trata-se de um material que apresenta inúmeras vantagens de grande interesse para a indústria da construção, nomeadamente a possibilidade de redução de custos, a maior facilidade na betonagem adequada de elementos estruturais complexos e com elevada taxa de armadura, a melhoria do ambiente de obra, entre outros. No entanto, o completo entendimento dos fenómenos que regem o seu comportamento reológico ainda não se encontra totalmente cimentado. Com efeito, o comportamento do betão autocompactável no estado fresco é influenciado por uma série de factores, entre os quais, o conteúdo em água, o tamanho, volume e disposição dos agregados, o tipo de materiais finos utilizados na composição e, por último, o conteúdo em adjuvantes. O presente trabalho resulta do interesse crescente no estudo dos fenómenos que influenciam o comportamento do betão autocompactável no estado fresco. Pretende-se, com ele, contribuir para o conhecimento mais aprofundado dos aspectos relacionados com a reologia do betão, principalmente para o entendimento da influência dos materiais constituintes no seu comportamento no estado fresco, tendo em vista o desenvolvimento de novas metodologias de composição que considerem as propriedades dos materiais constituintes. Para esse efeito foi, primeiramente, efectuada uma pesquisa sobre os conceitos relevantes ao betão autocompactável no estado fresco, nomeadamente os conceitos de reologia, reometria e ensaios utilizados na aferição das características de autocompactabilidade deste tipo de betão. Finalmente, foram apresentadas metodologias, propostas por diversos autores, que relacionam os parâmetros reológicos, com os parâmetros medidos nos ensaios de laboratório e de campo. De seguida, efectuou-se um aprofundado levantamento bibliográfico sobre os aspectos relacionados com a composição dos betões. Dele, resultou a enumeração os diversos métodos de obtenção de composições utilizados na produção do betão autocompactável, seguidos da apresentação da temática relacionada com a influência dos materiais constituintes no comportamento do betão autocompactável no estado fresco. Apresentam-se ainda as conclusões finais resultantes dessa pesquisa e propostas para desenvolvimentos futuros do trabalho de investigação realizado.
23
Mass, Igor, Andreas Hoppermann, and Hubertus Murrenhoff. "Control concept for a grease lubricated hydrostatic bearing." Technische Universität Dresden, 2020. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A71086.
Full textAbstract:
In industrial practice greases are mainly used as lubricants in hydrodynamic plain bearings and roller bearings. The use in hydrostatic bearings is avoided due to the difficult controllability. One reason is the complex non-Newtonian flow behavior of greases. The motivation for this paper is the use of greases to increase the efficiency of hydrostatic bearings. The assumption is that the so-called yield stress of consistent greases can lead to self-sealing behavior in the bearing under stationary operation conditions. Assuming a volume-flow-free operation of the bearing, a concept for the active control of the sealing gap height and thus the bearing stiffness was developed. The concept idea is the use of a second medium with Newtonian characteristic for pressure transfer. The grease and the pressure control fluid are structurally separated. The grease is induced in the shortest possible way into the bearing pocket to keep the pressure losses as low as possible. The results of test bench investigations indicate the feasibility of a gap height control with very high bearing stiffness under use of highly consistent greases and initiate further investigation on non-stationary operation.
24
BOSCARDIN, LAETITIA. "Methodes de lagrangien augmente pour la resolution des equations de navier-stokes dans le cas d'ecoulements de fluide de bingham." Besançon, 1999. http://www.theses.fr/1999BESA2012.
Full textAbstract:
L'objectif de cette these est de developper une ou des methodes permettant de resoudre numeriquement les equations de mouvement obtenues pour un fluide de bingham. La resolution des equations de navier-stokes est traitee par scission des operateurs en partie elliptique et hyperbolique (transport-galerkin) : nous avons etudie dans un premier temps le probleme de stokes, et ensuite aborde les problemes de stabilite et consistance du schema global. La formulation variationnelle du probleme de stokes peut se mettre sous la forme d'un probleme de minimisation sous contrainte d'une fonctionnelle non lineaire et non differentiable. Ce probleme est equivalent a un probleme de point selle de lagrangien augmente. Nous demontrons alors l'existence de la solution des problemes consideres par deux methodes differentes. Ensuite, nous proposons une discretisation du probleme de stokes, basee sur une methode aux elements finis mixtes ; des majorations d'erreur sont demontrees. Nous avons ensuite etendu les demonstrations de stabilite et de consistance du schema de transport-galerkin, etablies pour un fluide newtonien, au cas d'un fluide de bingham. La resolution du probleme de point selle nous conduit a resoudre un systeme d'equations non-lineaires. Pour ce faire, nous avons developpe deux algorithmes de relaxation et un algorithme de newton-gmres et etudie la convergence des algorithmes de relaxation. Un certain nombre de contraintes doivent etre verifiees pour assurer que les algorithmes construits convergent. Ces contraintes nous ont amenees a construire un element de vitesse particulier. Nous avons alors demontre que cet element verifiait la condition inf-sup. Nous avons ensuite, pour trois cas-tests differents, valide les resultats, etudie l'influence des parametres d'augmentation et evalue la performance des algorithmes de resolution et des differents types d'elements finis.
25
KFURI, S. L. D. "Análise Numérica da Perda de Carga Localizada em Escoamentos Laminares de Fluidos do Tipo Power-Law e Bingham em Contrações e Expansões Abruptas." Universidade Federal do Espírito Santo, 2010. http://repositorio.ufes.br/handle/10/4144.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1
tese_4889_Dissertação_Sérgio_Final.pdf: 4677929 bytes, checksum: fdd003df3842690b7709118f3a3c5a56 (MD5)
Previous issue date: 2010-12-17O cálculo da perda de carga ´e fundamental para projetos de tubulações e seleção de bombas. Frequentemente nas linhas de tubulações estão presentes acessórios como joelhos, válvulas, contrações e expansões. Acessórios como estes são responsáveis por uma parcela da redução de energia que é tradicionalmente contabilizada pelo coeficiente de perda de carga localizada, K. A literatura disponibiliza coeficientes de perda de carga localizada para fluidos newtonianos para as mais variadas geometrias. Em várias aplicações industriais é comum a presença de materiais não newtonianos, porém não há ainda o completo conhecimento da perda de carga para as diversas geometrias possíveis, e menos ainda para os diversos parâmetros reológicos .Entre as diversas manifestações, possíveis para um fluido não newtoniano citam-se a pseudoplasticidade, a viscoplasticidade, a elasticidade e a tixotropia e duas são de interesse para a proposta deste trabalho: a pseudoplasticidade e a viscoplasticidade. A proposta deste trabalho é obter o coeficiente de perda de carga localizada analisando o comportamento pseudoplástico e viscoplástico do fluido através de duas geometrias típicas encontradas em sistemas de bombeamento: contrações abruptas e expansões abruptas. Esses acessórios serão estudados variando a razão de aspecto. Os comportamentos pseudoplástico e viscoplástico são geralmente capturados pelo modelo de Fluido Newtoniano Generalizado com uso de alguma função típica para descrever a viscosidade. O presente trabalho utiliza as funções power-law e Bingham. O estudo é realizado xvii através da abordagem numérica com a técnica de elementos finitos com a aproximação de Galerkin. Os resultados obtidos são comparados com os poucos resultados encontrados na literatura.
26
Feliziani, Annalisa. "Modellistica dei tubi di lava." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020.
Find full textAbstract:
All'interno di questo elaborato analizziamo una struttura tipica dei vulcani effusivi: i tubi di lava. Queste strutture possono formarsi a partire dal raffreddamento superficiale di una colata di lava oppure essere già esistenti, perché generate da eruzioni precedenti, ed essere riempite nuovamente. All'interno dei tubi la lava mantiene la sua temperatura più a lungo, come se fosse in un sistema termicamente isolato, per questo motivo i flussi che si trovano all'interno dei tubi di lava riescono a raggiungere distanze molto più grandi rispetto a quelle raggiunte dalle colate libere.
Ci soffermiamo in particolare sul modello per la formazione dei tubi attraverso la copertura di un canale, sul modello che schematizza i tubi come cilindri con una sezione trasversale ellittica e sulle anomalie termiche riscontrabili in superficie.
27
Bernabeu, Noé. "Modélisation multi-physique des écoulements viscoplastiques : application aux coulées de lave volcanique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GRENM001/document.
Full textAbstract:
Nous présentons une contribution autour de la modélisation des écoulements viscoplastiques. En vue d'applications réalistes telle que la simulation numérique des coulées de lave volcanique, le travail se concentre particulièrement sur les fluides complexes dont la rhéologie dépend fortement de grandeurs physiques telle que la température ou la concentration en particule. Nous développons un nouvel algorithme de résolution numérique des équations de Herschel-Bulkley combinant une méthode de Lagrangien augmenté à paramètre d'augmentation variable, une méthode des caractéristiques d'ordre 2 et une adaptation de maillage automatique. Sur des problèmes stationnaires ou en évolution tel que le problème test de la cavité entraînée, il apporte une solution efficace pour garantir à la fois une précision numérique élevée et un temps de calcul raisonnable. Cet algorithme est ensuite étendue et adapté au cas des rhéologies non-isothermes et aux suspensions. Concernant la simulation numérique des coulées de lave volcanique, nous détaillons une méthode de réduction par analyse asymptotique des équations de Herschel-Bulkley pour des écoulements de faible épaisseur sur une topographie arbitraire. Elle permet alors de décrire ces écoulements tridimensionnels de fluides viscoplastiques à surface libre par des équations bidimensionnelles surfaciques. Cette approche est ensuite étendue au cas non-isotherme en y ajoutant l'équation de la chaleur et des dépendances thermiques sur la rhéologie. Par intégration verticale de l'équation de la chaleur, on retrouve un modèle bidimensionnel. Le modèle non-isotherme est validé sur une expérience de dôme réalisée en laboratoire et une simulation numérique est réalisée autour d'une coulée qui a eu lieu sur le volcan du Piton de la Fournaise à la Réunion, en décembre 2010. La comparaison donne des résultats qui sont de notre point de vue satisfaisants et encourageantsWe present a contribution about modeling of viscoplastic flows. For realistic applications such as numerical simulation of volcanic lava flows, the work focuses particularly on complex fluids whose rheology strongly depends on physical quantities such as temperature or the particle concentration. We develop a new numerical resolution algorithm of Herschel-Bulkley's equations combining an augmented Lagrangian method with variable augmentation parameter, a second order characteristic method and an auto-adaptive mesh procedure. On stationary or evolving problems as the lid-driven cavity flow benchmark, it provides an effective solution to ensure both a high numerical accuracy within a reasonable computing time. This algorithm is then extended and adapted to the case of non-isothermal rheological and suspensions. On the numerical simulation of volcanic lava flows, we describe a method of reducing by asymptotic analysis of the Herschel-Bulkley's equations for thin flows on arbitrary topography. It allows to describe the three-dimensional flows of viscoplastic fluid with free surface by bidimensional surface equations. This approach is then extended to the non-isothermal case by adding the heat equation and thermal dependencies on rheology. By vertical integration of the heat equation, a two-dimensional model is maintained . The non-isothermal model is validated on a laboratory experiment of dome and a numerical simulation is performed on a December 2010 Piton de la Fournaise lava flow from La Réunion island. In our view, the comparison gives satisfactory and encouraging results
28
Vandromme, Rosalie. "Approche des mécanismes de l'injection sableuse per descensum." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002979.
Full textAbstract:
Les affleurements de Bevons, Nyons et Rosans dans le Sud-Est de la France, comme ceux du Numidien (Sicile, Tunisie, Maroc...) ou de la Tourelle (Canada) permettent l'observation de nombreuses injectites sableuses alimentées par des chenaux turbiditiques. Deux types d'injectites sont présents : les sills (horizontaux) et les dykes (verticaux), les dykes étant issus des sills. Leurs processus de mise en place sont, selon les auteurs, per ascensum, post-dépositionnels, et (sans doute le plus souvent) per descensum, contemporains de la mise en place du sable nourricier et objet de la présente étude. L'approche des mécanismes intervenant dans cette fracturation et la modélisation de celle-ci ont notamment pour but de préciser l'évolution de l'étanchéité des matériaux argileux pouvant constituer un site de stockage de déchets. D'un autre point de vue, des injections sableuses étant localisées entre des réservoirs contenant des hydrocarbures, une détermination de leur géométrie est nécessaire pour prédire les circulations potentielles de fluides durant la production. Un modèle géométrique a été établi à partir de ces observations et a permis de faire certaines hypothèses sur les mécanismes à prendre en compte dans les modélisations de cette fracturation et/ou injection. Plusieurs approches sont menées en parallèle : - L'étude de la compaction dans le massif, avant l'injection : pour des concentrations en sable assez élevées (> 35 %), le poids de la colonne de mélange d'injection est supérieure à la contrainte verticale dans la partie superficielle du massif. Cette inversion de densité peut être responsable du fait que l'injection se propage plutôt vers le bas dans le cas des dykes ou le long de discontinuités stratigraphiques (telles que les niveaux de cendres par exemple). Lorsque l'on descend dans les sédiments, la pression dans la colonne de mélange sableux varie linéairement avec la profondeur alors que la contrainte dans les sédiments varie non linéairement (issue d'une courbe de porosité en exponentielle). A partir d'une certaine profondeur, la pression fluide devient inférieure aux contraintes dans la succession sédimentaire : l'injection ne peut pas dépasser cette profondeur. Ainsi, la propagation des dykes est limitée par le poids de son encaissant. - L'utilisation de la fracturation hydraulique comme mécanisme de l'injection : la mécanique des roches et plus précisément les mécanismes d'hydrofracturation ont été testés pour tenter de modéliser ces observations à grande échelle. La force responsable de l'initiation et de la propagation des fractures est la pression due à la mise en place du chenal turbiditique. Le modèle tient compte du fait que l'injection doit soulever les terrains sus-jacents. Les premiers résultats ont permis de montrer que dès qu'une fracture horizontale est initiée, la propagation est rapide. L'ouverture obtenue (épaisseur d'un sill) est décamétrique, soit du même ordre de grandeur que les observations de terrain. - L'utilisation d'un fluide à seuil dans un réseau établi, avec des probabilités cohérentes avec la réalité des phénomènes entrant en jeu, a permis de déterminer les extensions maximales d'injection en accord avec les observations de terrain : - Un sill seul peut se propager sur 2400 m en quelques dizaines d'heures, - Un dyke seul peut descendre jusqu'à 400 m sous le paléofond de mer en quelques secondes, - Un réseau de sills et de dykes connectés (ce réseau étant connecté au chenal par un sill) peut avoir une extension horizontale de 1200 m et verticalement de 400 m, et se mettre en place en quelques heures. La formation des sills est plus longue que celle des dykes, la formation d'un sill seul dure plusieurs heures alors que celle d'un dyke dure quelques secondes. Lorsque les sills et les dykes sont connectés, le temps de propagation du réseau est d'environ 2 heures. Les dykes se forment toujours en quelques secondes et ont un effet sur la propagation des sills qui se propagent deux fois moins loin que s'ils étaient seuls.
29
Moreno, E. (Elvira). "Elementos finitos mixtos estabilizados para flujos viscoplásticos." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2014. http://hdl.handle.net/10803/246119.
Full textAbstract:
The objective of this thesis is to develop and evaluate a methodology for the solution of the Navier-Stokes equations for Bingham Herschel-Bulkley viscoplastic fluids using stabilized mixed velocity/pressure finite elements. The theoretical formulation is developed and implemented in a computer code. Numerical solutions for these viscoplastic flows are presented and assessed.
Viscoplastic fluids are characterized by minimum shear stress called yield stress. Above this yield stress, the fluid is able to flow. Below this yield stress, the fluid behaves as a quasi-rigid body, with zero strain-rate.
First, the Navier-Stokes equations for incompressible fluid and two immiscible fluids considering free surface are presented. A review of the Newtonian and non-Newtonian rheological models is included, with a detailed description of the viscoplastic models. The regularized viscoplastic models due to Papanastasiou are described. Double viscosity regularized models are proposed.
The analytical solutions for parallel flows are deduced for Newtonian, Bingham, and Herschel-Bulkley, pseudoplastic and dilatant fluids.
The discrete model is developed, and the Algebraic SubGrid Scale (ASGS) stabilization method, the Orthogonal Subgrid scale (OSS) method and the split orthogonal subscales method are introduced. For the cases of flows with a free surface, the simplified Eulerian method is employed, with the level set method to solve the motion of the free.
A convergence study is performed to compare the ASGS and OSS stabilization methods in parallel flows with Bingham and Herschel-Bulkley fluids. The double viscosity regularized models show lower convergence error convergence than the regularized models used commonly.
Numerical solutions developed in this thesis are applied to a broad set of benchmark problems. They can be divided into three groups: Bingham flows, Herschel-Bulkley flows and free surface flows.
The solutions obtained validate the methodology proposed in this research and com-pare well with the analytical and numerical solutions, experimental and field data.
The methodology proposed in this thesis provides a computational tool to study con-fined viscoplastic flows, common in industry, and debris viscoplastic flows with free surface.El objetivo de esta tesis es formular y evaluar una metodología para la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes para los fluidos viscoplásticos de Bingham y de Herschel-Bulkley mediante el método de los elementos finitos mixtos estabilizados velocidad/presión. Se desarrolla una formulación teórica, se realiza la implementación computacional y se presentan y evalúan soluciones numéricas para estos fluidos viscoplásticos. Los fluidos viscoplásticos se caracterizan por presentar una tensión de corte mínima, denominada tensión de fluencia. Por encima de esta tensión de corte mínima el fluido comienza a moverse. En caso de no superarse esta tensión de fluencia, el fluido se comporta como un cuerpo rígido o quasi-rígido, con velocidad de deformación nula. Se presentan inicialmente las ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido y dos fluidos incompresibles e inmiscibles considerando superficie libre. Se presenta una revisión de los modelos reológicos Newtonianos y los modelos no-Newtonianos. Se hace una descripción detallada de los modelos viscoplásticos. Se describen los modelos viscoplásticos regularizados de Papanastasiou. Se proponen modelos regualarizados de doble viscosidad como alternativa a los comúnmente usados. Se deducen las soluciones analítica en flujos paralelos para el fluido Newtoniano, el fluido de Bingham, de Herschel-Bulkley, el fluido pseudoplástico y dilatante. Se desarrolla el modelo discreto, así como la formulación estabilizada con los métodos de subescalas algebraica (Algebraic subgrid scale, ASGS), de subescalas ortogonales (Orthogonal subgrid scale, OSS) y de subescalas ortogonales con la presión y el termino convectivo desacoplados, split-OSS. En el caso del fluido con superficie libre se presenta el método euleriano simplificado, el cual usa el método de superficie de nivel level set para resolver el movimiento de esta superficie libre. Se presenta un estudio de convergencia con los métodos de estabilización OSS y ASGS en los flujos paralelos de Bingham y de Herschel-Bulkley. Los modelos regularizados de doble viscosidad muestran menor error de convergencia que los usados regularmente. Se presentan las soluciones numéricas desarrolladas en esta tesis para un amplio conjunto de problemas benchmark. Pueden dividirse en tres grupos: flujos de Bingham, flujos de Herschel-Bulkley y flujos con superficie libre. Las soluciones obtenidas validan la metodología propuesta en este trabajo de investigación comparándose muy bien con las soluciones analíticas, numéricas, con resultados experimentales y datos de campo. La metodología propuesta en esta tesis proporciona una herramienta computacional para estudiar flujos viscoplásticos confinados, muy comunes en la industria, y los flujos detríticos viscoplásticos con superficie libre.
30
Martinet, Gilbert. "Contribution à la modélisation numérique des avalanches de neige dense et des laves torrentielles." Grenoble 1, 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10022.
Full textAbstract:
L'objectif de cette these est d'etudier, a travers une approche physique et numerique, les avalanches de neige dense et les laves torrentielles. Une etude rheologique de ces deux fluides est presentee. La contrainte critique qu'il est necessaire de depasser pour initialiser le mouvement, la classe dans la categorie des fluides de bingham. Les modeles mathematiques sont constitues des equations de saint-venant mises sous leur forme conservatrices adaptees au modele rheologique. Le modele unidimensionnel est ensuite utilise pour etablir un domaine de formation des roll-waves. Une condition reliant la pente a la contrainte critique et au nombre de chezy et l'influence des nombres de froude et de reynolds sont presentes. Les modeles numeriques sont construits en utilisant les techniques des volumes finis. L'application des resultats sur les systemes hyperboliques non lineaires garantissent a ces modeles une grande stabilite. Ces modeles ont ensuite ete cales sur des evenements reels, ce qui a permis entre autre d'etablir une methodologie generale d'approche des problemes
31
El, Mir Rachid. "Etude mathématique et analyse asymptotique de quelques problèmes de lubrification par des fluides incompressibles essentiellement non-Newtoniens avec des conditions de non adhérence aux bords." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011638.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions quelques problèmes de lubrification par des fluides non-Newtoniens isothermes et non-isothermes, dans un domaine mince $\Omega^{\varepsilon}$ d'épaisseur de l'ordre de ${\varepsilon}$, avec la condition de frottement de Tresca sur le bord inférieur de $\Omega^{\varepsilon}$. Dans le premier chapitre, nous considérons un fluide non-Newtonien isotherme dont la viscosité suit la loi de puissance. Nous montrons l'existence et l'unicité de la solution $(u^{\varepsilon}, p^{\varepsilon})$ en utilisant des résultats abstraits des opérateurs pseudo-monotones. Ensuite, nous étudions le comportement asymptotique des solutions lorsque $\varepsilon \rightarrow 0$. Nous obtenons ainsi un problème limite, et nous montrons l'unicité des ses solutions. Dans le deuxième chapitre, nous étudions le problème dans le cas non-isotherme. Le système obtenu est complexe, fortement non linéaire, couplant l'équation de la conservation de la quantité du mouvement avec l'équation de la chaleur. La difficulté ici est la preuve du théorème donnant l'existence des solutions, ainsi que les estimations a priori sur la température. Dans le troisième chapitre, nous étudions une variante des équations de Navier-Stokes, où le paramètre $\varepsilon $ est présent aussi dans l'équation de la conservation de la quantité du mouvement sous forme d'un nombre de Reynolds $\varepsilon^{\gamma}$ et dans la condition de frottement de Tresca. Nous montrons l'existence et l'unicité de la solution sous des conditions sur $\varepsilon$ et $\gamma$. Par des techniques semblables à celles utilisées dans les chapitres précédents, nous obtenons le résultat de convergence de la solution $(u^{\varepsilon},p^{\varepsilon})$ vers la solution du problème limite et nous montrons l'unicité de sa solution. Dans le dernier chapitre, nous étudions un autre modèle de fluide non-Newtonien, le fluide visco-plastique de Bingham. Nous supposons en plus de la condition de Tresca sur le bord inférieur, une condition de Fourier sur le bord supérieur. Nous suivons le même schéma d'étude que précédement, les difficultés sont techniques et concernent les estimations a priori, surtout la majoration des termes aux bords.
32
Stejskal, Jan. "Proudění magnetické kapaliny s aplikací Binghamova modelu." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2013. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-230791.
Full textAbstract:
Main topic of this thesis are magnetic fluids. These are specific type of fluids which can simplistically be considered as Bingham fluids. Main issues regarding the magnetic fluids mentioned in this thesis are: rheological properties of the magnetic fluids, behaviour of the magnetic fluids and the use of the magnetic fluids in industrial applications. Main goal is to apply Binghams model on the the magnetic fluids assuming that this model can be applied with a good accuracy. Equations which describe behaviour of the Bingham fluids are constructed. Some assumptions which have to be respected to use this analytical equations for magnetic fluids are formulated. Flow of bingham fluid is analytically solved in some simplificated cases with consideration of laminar flow. Analytical results are confronted with numerical ones obtained from CFD software Fluent for the purpose of verification.
33
Hermosa, Hidalgo Daniel Hernán. "Three-dimensional computational fluid dynamics with sediment transport modelling in hydropower reservoir: the Binga study case in The Philippines." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/19691/.
Full textAbstract:
The Binga reservoir was rapidly filled with sediments due to an underestimation of the sediment load and the absence of any sediment management strategy. The Binga reservoir is gradually losing its remaining ability to regulate the flow of Agno river as the water storage capacity is reduced year by year due to sedimentation. The sediment inflow is expected to increase over the coming years because the sedimentation that takes place in the upstream reservoir, Ambuklao reservoir, and its associated reduction of sediment trapping efficiency will increase the sediment load released to Binga reservoir. Also, the Binga tributaries, Adonot/Leboy and Bisal rivers, carry very high sediment loads to the reservoir. The Binga reservoir will therefore lose most of its remaining flow regulating capacity and the sediment trapping ability approaches zero.
Sediment management is crucial to maintain the plant as a run-of-river project. There must be provided a safe passage of floods, maintaining a sustainable ability to dampen the peak of the floods as much as possible, keeping the safety and integrity of the dam and the spillway, and the ability to produce power, providing always a safe passage of all incoming sediment loads. It is extremely important to stop the progression of the delta towards the intake, otherwise it can be clogged since the delta is more likely to develop a fan shape deposition pattern further in the direction towards the intake rather than the spillway. An alternative is proposed to direct the sediment load straight towards the spillway. It consists in the placement of a shortcut or canal in the right bank peninsula, considering the flow patterns in the first curve just before the peninsula. Simulations are carried out with SSIIM, for sediment transport evaluation after the implemented design. These evaluations will show if the canal will shorten the distance to the spillway with a straight path, thus avoiding the possible obstruction of the intake.
34
Mathé, Jordane. "Modélisation d'écoulements gravitaires fluidisés et applciation à la volcanologie." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22646/document.
Full textAbstract:
Durant les trois années de la thèse, j’ai eu le plaisir de travailler en collaboration avec à la fois des volcanologues, des physiciens de laboratoire et des mathématiciens. Ce mémoire est l’occasion de présenter la démarche et les résultats de mes recherches dans le domaine de la modélisation d’écoulements granulaires denses fluidisés. Ces derniers consistent à développer un nouveau modèle mathématique et son étude théorique et numérique. Sur la base d’observations faites lors d’expériences de laboratoire, nous proposons une façon de modéliser le changement comportemental d’un écoulement granulaire initialement fluidisé au travers de la définition de sa rhéologie viscoplastique à seuil variable. Plus précisément, le seuil de plasticité est défini par la différence entre la pression lithostatique et la pression du fluide interstitiel. La nouveauté apportée par ce modèle ouvre de nouvelles perspectives à la fois pour le champ de recherche en mathématiques et pour la compréhension des lits granulaires fluidisés et leur application à la volcanologie. Du point de vue mathématique, une étude théorique du modèle a été menée. En proposant une preuve de l’existence de solutions faibles à un problème lié à la version homogène du modèle, nous apportons une extension au champ de connaissances autour des écoulements des fluides non-newtoniens. D’autre part, dans le but de reproduire numériquement des expériences de laboratoire de chute de colonne granulaire fluidisée, nous avons développé un code de simulation numérique incluant une nouvelle méthode de résolution des équations d’écoulement de fluides à seuil. Dans ce manuscrit, je décris et justifie les différents choix stratégiques pour le développement de ce code. Par ailleurs, je présente quelques tests académiques permettant de valider le code. Enfin, je donne les résultats de simulation de chute de colonne granulaire, qu’elle soit fluidisée ou non. Une comparaison avec les données de laboratoire est effectuée afin d’évaluer les points forts et les défauts du modèle par rapport à la réalité des expériences. En conclusion, dans la continuité du travail mené dans ce projet, des perspectives d’amélioration sont proposéesDuring these three years, I enjoyed to work with collaborators from volcanology, laboratory physics and mathematics. This document presents the steps and results of my research in the field of modelling of fluidised granular flows. The last consists in the development of a new mathematical model and its theoretical and numerical study. Based on observations made on experimental studies, the model focuses on the change in the behaviour of an initially fluidised granular flow through the definition of its viscoplastic rheology with variable threshold. More precisely, the threshold (aslo called yield stress) is defined via the difference between the lithostatic pressure and the pressure of the interstitial fluid. The innovation of this model opens perspectives for the mathematical research as well as for the study of fluidised granular flows and their application to volcanology. From a mathematical point of view, a theoretical study has been conducted. Proving the existence of weak solution for the homogeneous version of the model, we offer an extension in the field of knowledges of non-newtonian fluid flows. Also, we have developped a numerical code to simulate dambreak experiments with fluidised granular media. This one includes a new method to solve the flow equations of viscoplastic fluids. In this thesis, I describe and justify the numerical strategy chosen. Moreover, I present some academic tests to validate the code. At the end, I give the numerical results in the case of the dambreak simulation for dry and fluidised fluids. By comparing with experimental data, we evaluate the validity of the model and its resolution, and highlight the advantages and inconvenients. To conclude the project, I propose some perspectives of improvement for later work
35
Faria, Cristiane Oliveira de. "Uma Nova Formulação Estabilizada Regularizada para Escoamentos de Fluídos." Laboratório Nacional de Computação Científica, 2010. http://www.lncc.br/tdmc/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=209.
Full textAbstract:
Nesta tese apresenta-se uma nova formulação mista estabilizada regularizada de elementos finitos nas variáveis primais com interpolação contínua para a velocidade e descontínua para a pressão, para problemas de fluidos viscoplásticos.Esta formulação tem base nos métodos de lagrangeano aumentado-regularização e de estabilização por mínimos quadrados.Discutem-se as dificuldades de resolução dos problemas viscoplásticos especialmente aqueles modelados pela relação de Bingham que prevê uma descontinuidade na forma de restrição de desigualdade. São apresentadas criticamente a teoria de lagrangeano aumentado, os modelos regularizados e o método estabilizado via mínimos quadrados. São feitas análises matemáticas para a nova formulação em termos de estabilidade, existência e unicidade de solução. Ordens de convergência ótimas são obtidas matematicamente,
superando os métodos clássicos que também apresentam limitação para o valor de tensão limite. Resultados numéricos são apresentados confirmando a teoria aqui desenvolvida e mostrando a robustez do novo método para resolver problemas onde a tensão limite é muito elevada.
36
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.
Full textAbstract:
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 blocThis 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
37
Roupec, Jakub. "Mezní a degradační procesy magnetoreologických tlumičů odpružení." Doctoral thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2011. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233963.
Full textAbstract:
This work deals with the research of degradation of magnetorheological (MR) fluid during long-term loading under conditions that correspond to the real load in the linear MR devices such as dampers. The behaviour of MR fluid is described by a Bingham model of viscoplastic fluid. The parameters of this model are the yield stress and viscosity. Their values are determined by the shear rate from 1 to 2,8104 s-1. Results of durability tests show a significant decrease in viscosity of MR fluid, a gradual increase in yield stress in the off-state and a significant decrease in MR effect. The paper also described the effect of temperature on these parameters and there is also designed a method of non-assembly diagnostic of the MR fluid state in the damper using the "rate of pulsation."
38
Shamu, John. "On the measurement and application of cement grout rheological properties." Licentiate thesis, KTH, Jord- och bergmekanik, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-251745.
Full textAbstract:
The rheological properties of cement-based grouts play a key role in determining the final spread in grouted rock formations. Rheologically, cement grouts are known to be complex thixotropic fluids, but their steady flow behavior is often described by fitting the simple Bingham constitutive law to flow curve data. The resultant Bingham parameters are then used in grouting design of e.g. tunnels, to estimate the penetration length. Since cement grouts are thixotropic suspensions, the interpretation of their flow curves as obtained from flow sweeps in concentric cylinder rotational rheometers is often complicated by: the presence of wall slip, sedimentation and unstable flow at low shear rates. A systematic approach to study these effects within the constraints of the concentric cylinder geometry (Couette) and for different cement grout concentrations was carried out as part of the Licentiate research work. Of particular interest was the influence of geometry and flow sweep measurement interval on flow curves, including the characteristic unstable flow branch that appears at applied shear rates that are below the critical shear rate. The unstable flow branch observed below the critical shear rate has been described as a characteristic feature in the flow curves of thixotropic suspensions, e.g. cement grouts, laponite. From a practical standpoint, this information can then be readily used to improve rheological measurements of cement grouts. The existence of the critical shear rate below which no stable flow occurs, plus the complex wall slip phenomenon are then discussed by considering how they affect actual spread in rough and smooth rock fractures. Another major part of the research presented in this thesis relates to the measurement of model yield stress fluid (YSF), i.e. Carbopol, velocity profiles within the radial flow geometry. Radial flow between parallel plates, is an idealized fundamental flow configuration that is often used as a basis for grout spread estimation in planar rock fractures. Compared to other flow configurations with YSFs, e.g. channels, only a limited amount of work has presented analytical solutions, numerical models and especially experimental work for radial flow. Thus, as a first step towards more systematic studies of the plug flow region of YSFs in radial flow the current work presents the design, manufacture and for the first time velocity profile measurements that were conducted by using the pulsed Ultrasound Velocity Profiling (UVP) technique. The current observations for tests carried out with different disk spacings and flow rates show a distinct plug region, coupled with wall slip effects for the Carbopol model YSF fluid that was used. The theoretically predicted velocity profiles and the measured ones agree reasonably well, and the main discrepancies are discussed. Future studies, would then be targeted at improving the current experimental setup, for detailed measurements of the plug flow region along the radial length, which remains a challenging issue for studies on YSFs and engineering applications such as rock grouting design.Cementbaserade injekteringsmedels reologiska egenskaper har en stor påverkan på strömning och inträngningslängd i sprickigt berg. Medlens reologi är komplex, inklusive tixotropi, men strömningen beskrivs ändå oftast med den enkla linjära Bingham modellen i injekteringssammanhang. De två parametrarna från denna modell, flytgräns och viskositet, används sedan inom injekteringsdesign, för t.ex. tunnlar och dammar, för att bedöma inträngningen. Eftersom cementbaserade medel är tixoptropa suspensioner försvåras utvärderingen vid mätning med konventionella rotationsviskometrar på grund av glidning vid fasta begränsningsytor, sedimentation/separation av partiklarna och instabila flöden vid låga deformationshastigheter. En systematisk mätprocedur för att studera ovanstående problem med rotationsviskometer och koncentriska cylindrar samt olika vanliga vattencementtal, har utförts inom ramen för detta licentiatarbete. Av särskilt intresse har varit att studera effekten av olika geometrier och tidsintervallet mellan mätningarna, inklusive den instabila delen av flödeskurvan då deformationshastigheten är lägre än ett kritiskt värde. Denna del av kurvan har i litteraturen beskrivits som karakteristisk för tixotropa suspensioner, som t.ex. cementbaserade injekteringsmedel. Praktiskt kan ovanstående kunskap användas för att förbättra mätningen av de reologiska egenskaperna. Existensen av en kritisk deformationshastighet under vilken det inte finns något stabilt flöde, i kombination med glidning vid fasta begränsningsytor, diskuteras särskilt med hänsyn till dess påverkan på faktisk inträngning i släta och råa bergsprickor. Ett annat fokus i licentiatarbetet har varit att studera icke-Newtonska modellvätskors (Carbopol) radiella strömning mellan parallella plattor. Denna typ av strömningsgeometri används ofta som en idealiserad konfiguration för strömning i bergsprickor. I jämförelse med andra enklare geometrier, finns endast en begränsad forskning utförd för denna geometri både då det gäller analytiska och numeriska beräkningar men framförallt då det gäller experiment. Som ett första steg inför en mer systematisk undersökning av icke-Newtonsk radiella strömning presenteras i detta arbete framtagandet av en fysisk laboratoriemodell där hastighetsprofilerna mellan plattorna för första gången visualiserats med hjälp av ultraljud. De utförda mätningarna med tre olika öppningar mellan plattorna sam tre olika värden på det konstanta flödet, visar på en distinkt plugg som är ett resultat av vätskans flytgräns samt glidning i gränsskiktet mellan vätskan och plattornas fasta begränsningsytor. En jämförelse mellan uppmätta hastighetsprofiler och analytiskt beräknade diskuteras där resultaten överensstämmer relativt väl, med beaktande av de långtgående förenklade antaganden som krävs för beräkningarna. Fortsatta studier kommer att fokuseras på att förbättra laboratoriemodellen för en mer detaljerad studie av icke-Newtonska vätskors strömning och hur pluggen utvecklas under den radiella inträngningen, vilket fortsättningsvis är av betydelse för design av injektering i bergsprickor.
QC 20190521
39
Roquet, Nicolas. "Résolution numérique d'écoulements à effets de seuil par éléments finis mixtes et adaptation de maillage." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10090.
Full textAbstract:
Ce travail decrit une methode numerique pour un probleme d'inequations variationnelles, avec une analyse de convergence suivie d'applications concretes. Les inequations sont issues de lois rheologiques decrivant deux effets de seuil ; un seuil en ecoulement et un seuil de glissement a la paroi. La methode doit determiner avec precision les frontieres de zones rigides et de zones de glissement. A cet effet, elle se compose d'un algorithme de lagrangien augmente, d'une discretisation par elements finis p k et d'un procede d'adaptation de maillage. En l'absence de glissement, nous demontrons que l'adaptation de maillage peut ameliorer l'erreur pour k 2. Dans le cas mono-dimensionnel, cette idee est illustree par le calcul explicite de l'erreur. Pour un cas bidimensionnel particulier, nous obtenons une estimation h o quasi-optimale pour k = 2, cette estimation est confirmee numeriquement. Un probleme d'ecoulement particulier est ensuite resolu numeriquement ; des valeurs critiques des deux seuils sont obtenues. L'ensemble montre l'efficacite de la methode sur un cas concret. Enfin, en l'absence de glissement, sur un probleme plus volumineux, avec une geometrie plus complexe induisant une singularite, nous obtenons des resultats numeriques precis montrant que la methode n'est pas limitee a des cas simples.
40
Přikryl, Matěj. "Hydrodynamické tlumiče na principu magnetické kapaliny." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2017. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-318383.
Full textAbstract:
This diploma thesis covers the topic of magnetic fluids and their utilisation in hydrodynamic dampers. The first part of the work consists of research on the current state of technology in hydraulic dampers with the focus on dampers using magnetorhelogical fluid. This chapter is followed by research on magnetic fluids with regard to their physical properties and mathematical description, which is used for CFD simulation of flow. The second part deals with the computational simulation of the flow of MR liquid in real MR damper in order to determine the damping characteristic and it's comparison with the experimental data.
41
Chalayer, Rénald. "Méthodes de projection pour des écoulements à seuil, incompressibles et à densité variable." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC089.
Full textAbstract:
Cette thèse traite de l'utilisation de méthodes de projection pour la simulation de fluides à seuil, incompressibles et à densité variable. Elle se découpe en trois parties. La première partie est consacrée à la présentation du modèle mathématique, à la construction du schéma de semi-discrétisation en temps du modèle, ainsi qu'à l'analyse du schéma ainsi obtenu. Pour construire le schéma, nous avons d'une part adapté un schéma de type pas de temps fractionné existant pour les écoulements newtoniens au cas des écoulements à seuil et d'autre part, nous avons utilisé une formulation en terme de projection pour le tenseur des contraintes qui nous permet de résoudre le couplage entre la vitesse et la contrainte dans l'équation de conservation de la quantité de mouvement avec une méthode de type Uzawa. Nous démontrons mathématiquement la stabilité et la convergence du schéma, et on obtient une estimation d’erreur en temps d’ordre un pour la vitesse, la densité, la viscosité ainsi que le seuil de plasticité. La deuxième partie est consacrée à la discrétisation en espace et à l’implémentation du schéma. La discrétisation en espace est effectuée à l’aide d’une méthode de type volumes finis sur grilles décalées. L’implémentation de l’algorithme a été réalisée à partir d’un code Fortran 90 parallélisé et utilisant les bibliothèques PetsC et MPI. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la réalisation de simulations numériques à l'aide du code de calcul que l’on a ainsi construit. Dans la configuration de l’instabilité de Rayleigh-Taylor, on réalise des simulations en faisant varier le seuil de plasticité, en décrivant l’évolution de la position des deux phases et la localisation des zones rigides. Dans la configuration de rupture de barrage, nous mettons en oeuvre les conditions aux limites de type glissement à seuil, plus réalistes physiquement que les conditions de Dirichlet, et nous comparons les résultats obtenus à l’aide de notre nouveau schéma à la littérature existanteThis thesis deal with the use of projection methods for incompressible viscoplastic flows with a variable density. This manuscript is organized following three main lines. The first part is devoted to the mathematical model, the time-discretization of the model and the analysis of the numerical scheme. To construct the numerical scheme, on one side we adapt a time-stepping method already used for newtonian flows to viscoplastic flows and on the other side, we use a projection formulation of the stress tensor to solve the coupling between the velocity and the plastic part of the stress tensor in the momentum equation with an Uzawa-like method. Stability and error analysis of the numerical scheme are provided and a first-order estimate of the time error is derived for the velocity field, the density, the viscosity and the yield stress. The second part is devoted to the space discretization and the implementation of the scheme. A second-order cell-centred finite volume scheme on staggered grids is applied for the spatial discretization. The implementation of the numerical scheme has been performed using a Fortran 90 code and using the PetsC and MPI library The last part of the manuscript is devoted to numerical simulations. In the Rayleigh-Taylor instability configuration, we perform simulations by varying the yield stress, and describing the evolution of the interface and the localization of the rigid zones. In the dambreak configuration, we use Stick-Slip boundary conditions and we compare our results to the existing literature
42
Los, Tomáš. "Bingham-Kortewegovy tekutiny - modelování, analýza a počítačové simulace." Master's thesis, 2017. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-365595.
Full textAbstract:
Flow of granular materials is usually initiated when the shear stress is large enough and exceeds certain critical value. This can result in the presence of the dead-zones in which the flow itself does not take place. Motions of such materials are frequently described by Bingham model. Flows of granular fluids are frequently connected with the presence of free surface. In the thesis Bingham model is incorporated into a more general framework of Bingham-Korteweg fluids, which is a suitable way how to transfer free- boundary problems into the problems on fixed domains. A part of the thesis concerns mathematical analysis of interesting relevant problems for incompressible fluids. 1
43
Prashant. "Direct simulations of spherical particle motion in non-Newtonian liquids." Master's thesis, 2009. http://hdl.handle.net/10048/750.
Full textAbstract:
Thesis (M. Sc.)--University of Alberta, 2009.Title from PDF file main screen (viewed on Oct. 21, 2009). "A thesis submitted to the Faculty of Graduate Studies and Research in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Chemical Engineering, Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta." Includes bibliographical references.
44
Truong, Tam Dinh. "An Investigation of Electro-Rheological Fluids in Engineering." Thesis, 2006. https://vuir.vu.edu.au/521/.
Full textAbstract:
The essential characteristic of controllable fluids is their ability to change their rheological behaviour under an electrical field. These materials are referred as Electro-Rheological (ER) fluids. An ER fluid is a mixture of a base fluid, usually some type insulating liquid such as mineral or silicone oil, with suspension particles, such as cornstarch, zeolite, glass bead or cellulose. When there is no electric field, particles are randomly suspended in the base liquid. When an electric field is applied, the particles in the fluid form chains bridging the conductors of opposite polarity and turn the liquid into a solid-like gel. The process is seemingly reversible once the electric field is removed. The process takes place within milliseconds. In this thesis, shear and valve modes of operation are considered for one particular ER fluid from a practically oriented design point of view. Chapter 1 provides background information concerning ER fluids and ER devices in practical applications. Chapter 2 describes a prediction tool for the shear mode of operation based on the Bingham model. The prediction model is based on the (solid to liquid) weight fraction, applied electric field and strain rate. An ER clutch with a single disk was designed, and tested to validate the model. In Chapter 3, an ER valve experiment is presented to relate the force-displacement behaviour with varying applied voltage, weight fraction and other operating conditions (volume flow rate, cyclic frequency and stroke length). A new model for an ER damper in fluctuating flow is also presented in Chapter 4. This new model is a modification of the uniform flow Bingham plastic model. Comparison between the predictions from the model and observations from the experiments is also given in Chapter 4. In Chapter 5, an overview is given of this work’s contribution and future work is discussed.
45
Landry, Maria Paulina. "Taylor-Couette instability of a Bingham fluid." Thesis, 2003. http://hdl.handle.net/2429/14990.
Full textAbstract:
Stability of a Bingham fluid in Taylor-Couette flow is studied. Of interest is to determine the
critical values of the inner and outer cylinder angular velocities which cause the linear instability
in the system. We introduce a perturbation into the basic flow, and examine the linearized
Navier-Stokes equations for the perturbation. Assuming a normal mode solution for the perturbation,
we obtain an eigenvalue problem which determines when the perturbation will grow
or decay with time. In the case of a plug region at the outer cylinder wall, additional boundary
conditions are applied at the yield surface. The marginal stability curve is generated numerically
using a finite difference method. In addition to numerical analysis, heuristic arguments
and energy methods are applied to find a lower bound for stability.
46
Cao, Wei-Min, and 曹瑋珉. "Two-Layer Bingham Fluid under Permanent Wave." Thesis, 2014. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/48986699089137330520.
Full textAbstract:
碩士國立臺灣大學
土木工程學研究所
102
Debris flow disaster has become one of the major reasons for slope land disaster. If the debris bed has enough shear stress, it will carry more sediments and cause damages to downstream area. According to different moisture and grain size, debris flow has many categories. We chose one of the categories which called mud fluids to do research, and used Bingham fluid model to describe the flow characteristics. In this study, we let the bed of sloping channel has one step geometry shape. One layer of saturated mud fluid which defined as fluid 2 was fully deposited in the rectangular cavity of step, the height of deposit and cavity is the same so could be regarded as an arbitrary deposit region. Next we let another layer of mud fluid came from upstream channel which defined as fluid 1. When it contact with fluid 2, if the shear stress below fluid 1 is strong enough, fluid 2 will be carried. So according to the characteristics of yield stress of Bingham fluid model, the whole research region could be separated to three layers. From up to down direction ( free surface to channel bed direction) : plug layer of fluid 1、shear layer of fluid 1、shear layer of fluid 2. In addition, we assume fluid and fluid both have different characteristics and rheology. Because the different density can cause density stratification, we also suppose the fluid and fluid will not be blended. We used the two dimensional, unsteady , nonuniform, imcompressible continuity and momentum equations with long wave theory to do derivation、dimensional analysis、normalization and numerical calculation. Afterward, analyzed the interaction between fluid and fluid , and the flow situation after fluid 2 be carried. The major purpose is to find out the change of free surface and (fluid 1/ fluid 2)interface with time and space, and the influence from other parameters.
47
Li, Pin-Ching, and 李品慶. "Transient Behavior of Bingham Fluid in Concentric Cylinder Viscometer." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/78308217233708682817.
Full textAbstract:
碩士國立臺灣大學
土木工程學研究所
104
To predict mud flow rheological property, the rheological parameters of a Bingham fluid are verified with empirical data in this paper. In our experiment, kaolinite suspension is chosen to be the experimental material. The design of the experiment serves the assumption and boundary conditions of the analytical solutions developed in both steady and unsteady state. Moreover, we quantify the end effect in experiment way, and we derive the verification formulas of rheological parameters with analytical solutions. After verifying the data from our rheological experiment, two different groups of rheological parameters can be obtained. One of them is obtained with the equilibrium data calculated by the steady verification formula and so-called the steady state rheological parameters. In the contrast, the other group is verified with transient data by the unsteady verification formula, and the parameters in this group are time-dependent, yet still being steady state rheological parameter. Subsequently, we discuss the discrepancies of the equilibrium time of the rheological parameters verified in different verification formula. The rheological parameters verified with transient data by unsteady verification formula can convergent with the steady state parameters faster, when the concentration of the kaolinite suspension is higher.
48
Chen, Mei-Lin, and 陳美伶. "Stability of Bingham Fluid Flowing Down Alone an Inclined Plane." Thesis, 2006. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/15545630819771107111.
Full text
49
Torres, Germán Ariel. "Métodos numéricos para el problema de Bingham /." Doctoral thesis, 2002. http://hdl.handle.net/11086/86.
Full textAbstract:
Tesis (Doctor en Matemática)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2002.En este trabajo se estudian modelos para un fluido de Bingham en geometría plana y cilíndrica. Un fluido de Bingham es un fluido cuyas propiedades viscosas hacen que se formen: una zona de flujo viscoso, una zona rígida y una frontera libre que las separa. El comportamiento de la frontera se estudia de manera teórica y se proponen diversos métodos numéricos para resolverla de manera práctica. Se analizan propiedades de monotonía y de convergencia a la solución estacionaria, y los resultados numéricos son contrastados con los teóricos.
Fil: Torres, Germán Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
50
Ryan, Daniel Padraigh. "Slow flow of a Bingham fluid in a gap of slowly varying width." Thesis, 2003. http://hdl.handle.net/2429/14634.
Full textAbstract:
The slow Poiseuille flow of a Bingham fluid in an infinitely long gap of slowly varying width
is considered. A consistent analytical theory is developed using a lubrication scaling without
deviating from the Bingham model. It is shown that for sufficiently small gap width variations
there is a rigid plug zone around the center of the gap. A numerical treatment of the problem
is also presented using the method of augmented Lagrangian.