Academic literature on the topic 'Écoulement laminaire – Mesure'

Mesure à l'aide d'une électrode, de la vitesse locale d'écoulement et de la concentration en espèces électroactives par des conditions particulières d'excitation de la cellule électrochimique et de traitement des signaux polarographiques

La mise au point de nouvelles stratégies de détection de biomolécules rapides et ultrasensibles est largement présente dans la littérature scientifique. L’émergence des nanotechnologies et la compréhension grandissante des phénomènes nanoscopiques ajoutent de nouveaux outils aux coffres des chercheurs. L’interaction lumière-matière menant à la création de plasmons de surface et leur effet sur la signature spectroscopique des molécules avoisinantes a permis aux scientifiques de révolutionner ce domaine en mettant à profit ces propriétés uniques des nano-objets. L’utilisation et le déploiement de ces technologies sont limités, en partie, par le fait que les instruments analytiques courants ne sont pas adaptés à la mesure de nanoparticules. Il y a donc un besoin criant pour le développement de plateformes flexibles permettant la détection de divers biocapteurs nanométriques. Une approche de mesure en flux permet généralement d’obtenir plus d’informations statistiques sur l’échantillon analysé tout en offrant une cadence analytique élevée, avantages indéniables pour une utilisation sur le terrain. La plateforme développée utilise un écoulement laminaire et l’encodage spatial du signal pour assurer robustesse, simplicité et sensibilité. En effet, le grand volume sondé des techniques d’encodage spatial permet la mesure de beaucoup de photons pour chaque particule tout en permettant la discrimination de particules adjacentes par corrélation croisée. De plus, cela diminue les requis d’alignement et le nombre de pièces optiques nécessaires. L’appareil mis au point utilise un capillaire carré dont l’intérieur est recouvert d’or à l’aide d’une méthodologie de placage sélectif unique qui permet la fabrication d’un code-barres interne robuste et qui rend le dispositif d’encodage et le système fluidique solidaire. Les performances d’encodage et de comptage seront présentées ainsi que l’applicabilité de la plateforme à la mesure d’un biocapteur d’ADN basé sur une nanoparticule d’argent. L’algorithme de traitement de données et les outils d’analyse de signal seront aussi présentés.
Finding new fast and ultra-sensitive ways of detecting biomolecules is the target of numerous researchers and is largely present in the scientific literature. The emergence of nanotechnology and the continously growing comprehension of nanoscopic phenomena add new tools to the scientist’s toolbox. Light-matter interactions that give rise to surface plasmons and their effect on the spectroscopic signature of surrounding molecules are key factors for the current revolution of this domain. The use of these new technologies for real world analysis is limited in part because traditional analytical instruments are not adapted to the detection of nanoparticles. This explains the need for flexible detection platforms that can measure a range of nanometric biosensors. Measuring single particles in a flow usually give more information on the distribution of the sample and a higher analytical throughput than static measurements, which are undeniable advantages for usage in the field. The detection platform described in this thesis uses laminar flow and spatial encoding of the signal to ensure robustness, simplicity and sensitivity. The large probed volume offered by spatial encoding gives particles a long transit time which translates into high photon counts while enabling the differentiation of adjacent particles by cross-correlation. Moreover, the platform requires less stringent optical alignment and less optical components The particle counter uses a square capillary whose interior is coated using a unique selective gold coating methodology. This coating method allows the creation of a barcoded region that will become the probed volume. This inner coating is protected from mechanical damage and marries the fluidic system and the encoding device. The encoding performance as well as counting efficiencies will be discussed. Preliminary results of DNA detection using a silver nanoparticle-based biosensor will be exposed. The data treatment algorithm and the signal analysis tools developed will also be presented

Les seules données de viscosité recensées dans la littérature pour les trois chlorures alcalins fondus NaCl, KCl et LiCl ne concernent que les sels purs et deux systèmes binaires NaCl-KCl et KCl-LiCl. Encore apparaissent-elles très dispersées. La détermination du diagramme de viscosité ternaire laissait présager la nécessité d'un grand nombre de mesures, ce qui nous a conduit à opter pour la méthode d'écoulement, assez peu utilisée en milieu d~ sels fondus, mais dont la validité est néanmoins bien établie. L'appareillage, que nous avons réalisé, est du type à capillaire vertical. Il permet de travailler jusqu'à 950 ° C et dans des bains corrosifs (chlorures fondus). Il est en monel. Ses dimensions, pour la détermination desquelles une étude théorique préliminaire a été faite, ont été "optimisées" par une étude sur maquette de plexiglass, grandeur nature (solutions aqueuses de glycérine et de potasse). Un double système d'électrodes alimenté en basse tension alternative, et relié à un chronomètre électronique, permet la mesure précise des temps d'écoulement. Après vérification des données pour les sels purs, nous avons complété les données concernant les viscosités des trois systèmes binaires, puis tracé le diagramme ternaire. Celui-ci a pu être établi à l'aide d'un nombre limité de mélanges de compositions choisies. Pour chacun d' eux, nous avons déterminé la viscosité cinématique dans une gamme de 100 degrés au-dessus du point de fusion, puis déduit l'Energie d'Activation et la valeur de la viscosité dynamique extrapolée à température infinie. Les diagrammes "d' isoénergie d'Activation" et "d'iso (-log n°)" ont été tracés. A partir d'eux, par interpolation et recoupement, nous avons tracé, pour onze températures (de 400 à 900 ° C), les coupes isothermes d' isoviscosité dynamique. Selon la température et la composition du mélange, ƞ vaut de 0,5 à 4,5 centipoises. Enfin certaines analogies avec les diagrammes de phase ont été mises en évidence, sans toutefois avoir été expliquées théoriquement.

Dans le but d'améliorer les performances de la filtration membranaire par des moyens hydrodynamiques, notre travail était d'explorer l'apport à la filtration de tourbillons de Dean générés par la courbure de l'écoulement dans des modules de filtration spécialement construits à cet effet. Nous avons effectué des essais sur trois modules de géométrie différente en testant la superposition de pulsations de débit qui provoquent une inversion du sens de rotation des tourbillons de Dean, Le besoin de mieux connaître et vérifier les profils de vitesse et les taux de cisaillement générés par ces écoulements complexes et tridimensionnels présents dans nos modules nous a amenés à expérimenter une nouvelle technique de vélocimétrie basée sur l'imagerie par résonance magnétique ( IRM). Les techniques de filtration que nous avons utilisées étant par leur complexité plus adaptées à la séparation de molécules à haute valeur ajoutée nous avons choisi comme exemple d'application l'extraction d'une enzyme, lagarase à partir d'un moût de fermentation. Toutefois, du fait des faibles volumes de moûts disponibles nous avons été amenés à effectuer les essais comparatifs sur les divers modules avec des suspensions de levures de bière considérées comme fluide modèle d'une suspension bactérienne.

À la fin du vingtième siècle l’étude d’un avion supersonique de deuxième génération voit le jour. Dans cette optique, les travaux, menés dans le cadre d’un PRF de l'ONERA, s’intéressent à la transition laminaire-turbulent des couches limites supersoniques. En effet les mécanismes de déstabilisation des couches limites, bien connus à des régimes de vitesse faible, restent peu documentés en écoulement supersonique. Trois expériences sont réalisées à Mach 3 afin de créer une base de données inédite sur ces problèmes de transition. Des analyses numériques de stabilité linéaire et non linéaire permettent ensuite de mieux comprendre les phénomènes. La première expérience concerne un écoulement sur plaque plane ; associée à des calculs de stabilité linéaire, elle met en évidence une faible valeur du facteur N de transition provoquée par la réceptivité des couches limites bidimensionnelles aux bruits rayonnés par les couches limites turbulentes se développant sur les parois des souffleries. Les deux autres expériences, respectivement sur un cylindre et sur un profil d’aile en flèche, révèlent une forte réceptivité des couches limites tridimensionnelles aux rugosités pariétales. Les résultats des calculs de stabilité obtenus par des méthodes linéaires locale et non locale, indiquent des niveaux de facteur N de transition plus élevés que ceux des écoulements subsoniques ou transsoniques. Enfin, une analyse de stabilité des ondes stationnaires permet de définir un critère de transition des couches limites tridimensionnelles.

Afin d’améliorer les caractéristiques d’une turbomachine, il est capital de prévoir correctement les écoulements secondaires et/ou transitionnels s’y développant. Ces écoulements peuvent être à l’origine de la réduction de ses performances et de son domaine de fonctionnement. À titre d’exemple la présence de tourbillons de jeu ou de décollements de coin sur les aubages de compresseur H.P. engendre des pertes de pression totale favorisant l’apparition d’instabilités axiales (pompage). Les multiples processus de transition laminaire-turbulent modulent la charge thermique subie par les aubes de turbine et conditionnent donc leur durée de vie. La nature généralement fortement instationnaire, décollée et transitionnelle de ces écoulements rend leur prévision délicate voire imprécise avec les modélisations de la turbulence utilisées en conception (approche RANS). En réponse à ces défis une solution est l’approche hybride RANS/LES dite ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation (Deck 2012)) dans ses modes de fonctionnement 0, 1 et 2 : les couches limites sont traitées par une approche RANS dans leur entière épaisseur afin de s’y affranchir du coût excessif d’une approche LES (résolution des grandes échelles de la turbulence) qui est seulement utilisée - si nécessaire - sur le reste du domaine de calcul pour une prévision haute fidélité des écoulements décollés, l’interface entre les deux approches étant continue. Afin que cette approche soit compatible avec la majorité des modèles de transition laminaire-turbulent, en particulier en aérodynamique interne, ces travaux en proposent diverses variantes non plus basées sur le modèle de turbulence de Spalart et Allmaras (approche ZDES SA) mais sur le modèle k − ω SST de Menter (approche ZDES SST). Au regard d’une décomposition en problématiques majeures de leurs performances, ils démontrent la similitude comportementale de ces deux approches sur des cas d’écoulement génériques (couche de mélange, marche descendante, barreau cylindrique) peu exigeants vis-à-vis de leur modèle de turbulence sous-jacent au sein des régions RANS. Ils démontrent également l’avantage de la ZDES SST sur la ZDES SA sur un cas d’intérêt industriel (rotor de compresseur axial H.P.) autrement plus exigeant et évaluent diverses voies d’amélioration pour l’approche ZDES. Enfin ils enrichissent cette démarche d’évaluation d’un nouveau cas générique d’écoulement (bosse axisymétrique) permettant d’isoler la problématique de la prévision des décollements de couche limite turbulente en l’absence de singularité géométrique
Accurate secondary and transitional flows predictions are essential to turbomachinery improvements. They cause additional losses and operating domain reduction. For example tip-leakage vortex flow or corner separation flow in H.P. compressor lead to total pressure losses and promote axial instabilities (surge). Various laminar-turbulent transition processes regulate turbine blade thermal load and thus turbine blades life. Usual CFD turbulence modellings (RANS method) fail to cope with such strongly fluctuating, separated and transitional flows. In response to these challenges, one solution relies in the hybrid RANS/LES method called ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation (Deck 2012)) in its operating modes 0, 1 and 2 : boundary layers are modelled following a RANS method in their whole thickness for avoiding their expensive resolution following an LES method (resolution of the large turbulence scales) which is only used - if needed - far from the wall for high fidelity prediction of separated flows thanks to continuous RANS/LES interfaces. In view to allow ZDES method to be compatible with the majority of laminar-turbulent transition models applied for internal flows, this work proposes numerous ZDES’s variants no more based on Spalart et Allmaras turbulence model (ZDES SA method) but on Menter k − ω SST turbulence model (ZDES SST method). With regards to a deconstruction of their performances in major issues, this work demonstrates the behavioral similarity of those two methods on common flow test cases (mixing layer, backward-facing step, circular cylinder) undemanding for their underlying turbulence model in RANS regions. This work also demonstrates the advantage of ZDES SST over ZDES SA for an industrial relevant test case (high-pressure axial compressor rotor) much more demanding. It assesses various ways of improvement for ZDES method. Finally, it supplements this validation process with a new common test case (axisymetric hill) allowing to isolate the issue of turbulent boundary layer separation prediction in the absence of geometrical singularity

Ce manuscrit presente une etude theorique et experimentale sur la possibilite d'etendre la spectroscopie de diffusion multiple de la lumiere aux ecoulements laminaires et stationnaires, et notamment a l'etude des instabilites dans les ecoulements. Cette etude porte sur l'analyse de la fonction de correlations temporelle de l'intensite diffusee. En regime de diffusion multiple, la fonction de correlation temporelle c#1(t) est sensible au module des gradients de vitesse et non a la vitesse moyenne de l'ecoulement. Cette fonction de correlation est caracterisee par le temps 1/kl* en reflexion, et par le temps l*/l1/kl en transmission. Ce temps est le temps necessaire pour que deux diffuseurs initialement distants de l* se deplacent d'une distance relative de la longueur d'onde en presence du gradient de vitesse. Dans les systemes homogenes, ou le gradient de vitesse est le meme partout, la fonction de correlation decroit aux temps courts comme: c#1(t)1t/ en reflexion, et c#1(t)1(lt/l*)#2 en transmission. L'etude des systemes inhomogenes, dans lesquels les gradients de vitesse ne sont pas invariants par translation, nous conduit a introduire la distribution locale de la densite des chemins de diffusion multiple de taille nl* donnee: #n(r#1,r#2,r), ou r#1 et r#2 sont respectivement le point de depart et le point final des chemins de diffusion multiple, et r le point courant ou la densite des chemins de diffusion est consideree. Cette distribution pondere la contribution des gradients de vitesse locaux au gradient de vitesse global #e#f#f. Lorsque la taille caracteristique (la portee) des gradients de vitesse coincide avec la taille l du systeme, la fonction de correlation c#1(t) a le meme comportement que celui obtenu dans un systeme homogene: il suffit de remplacer, dans le temps de correlation, par #e#f#f. Toutes ces considerations ont ete confirmees par les experiences de diffusion multiple de la lumiere dans les ecoulements de couette plan (systeme homogene) et de poiseuille plan (systeme inhomogene). Ces experiences montrent que l'on peut utiliser la diffusion multiple pour caracteriser certaines valeurs moyennes des gradients de vitesse dans des ecoulements laminaires. Enfin, en utilisant cette technique, nous avons determine le seuil et le nombre d'onde de l'instabilite de taylor-couette. Les resultats experimentaux montrent que, au-dessus du seuil d'instabilite, le gradient de vitesse augmente avec le nombre de taylor suivant une loi de landau. De plus, nous obtenons a travers la fonction de correlation temporelle l'image de la structure periodique des rouleaux de taylor, ce qui demontre qu'il est possible d'obtenir dans certaines conditions une representation fidele des gradients de vitesse locaux

Les recherches sur les instationnarités des Interactions Ondes de Choc Couches Limites (IOCCL) turbulentes ont permis une description détaillée de celles-ci tant expérimentalement que numériquement . Ceci a conduit à plusieurs schémas susceptibles d'expliquer les respirations à basses fréquences observées dans de tels écoulements. Les configurations avec des conditions amont laminaires ou transitionnelles ont été moins étudiées.Dans le cadre du programme Européen TFAST, un important effort a été mené afin de développer des dispositifs expérimentaux, conjointement à des simulations numériques, permettant une étude détaillée de ces configurations. Dans le cadre de cette thèse, on a mis en place une configuration de réflexion d'onde de choc sur une couche limite laminaire pour un nombre de Mach de 1.68. L'utilisation des métrologies classiques (Anémométrie Laser Doppler, Anémométrie Fil Chaud), adaptées à ces conditions expérimentales particulières, a permis de décrire les propriétés spatio-temporelles de ces écoulements. Le champ moyen a été caractérisé et comparé aux théories classique et aux résultats obtenus dans différentes souffleries.Un schéma décrivant le mécanisme de transition à la turbulence au sein de l'interaction a été développé. Sa sensibilité aux conditions amont a été étudiée en plaçant des perturbations en amont de l'interaction. Dans tous les cas, des instationnarités convectives (haute fréquence) et stationnaires (basse fréquence) ont été observées et comparées à celles existantes pour les configurations amont turbulentes. Une gamme intermédiaire d'instationnarités convectives (moyenne fréquence) a été mise en évidence et caractérisée
Research dedicated to the study of the unsteadiness of turbulent Shock Wave Boundary Layer Interaction (SWBLI) has allowed a detailed description of this kind of interaction both experimentally and numerically. Several scenario were proposed to explain the low frequency unsteadiness observed in separated SWBLI. Nevertheless, the literature on this kind of flow involving either upstream laminar or transitional conditions is quite reduce. Within the framework of the European TFAST program, an important effort was made to develop experimental devices, in conjunction with numerical simulations, allowing a detailed study of these laminar or transitional configurations. In particular, within the framework of this thesis, a shock wave reflection configuration on a laminar boundary layer was set-up, with a nominal free stream Mach number of 1.68. Using classical metrology (Laser Doppler Anemometry, Hot WireAnemometry) that have been adapted to these particular experimental conditions, we have been able to describe the spatio-temporal properties of the interaction. The mean field has been characterized and compared with the classical theories and the results obtained in other configurations.A model describing the transition mechanisms to turbulence within the interaction has been developed. Its sensitivity to upstream conditions was studied by placing perturbations upstream of the interaction. In all cases, convective (high frequency) and stationary (low frequency) unsteadiness were observed and compared with those existing for upstream turbulent configurations. An intermediate range of convective unsteadiness (medium frequency) has been demonstrated and characterized

Cette thèse est motivée par le besoin de compléter les connaissances actuelles des phénomènes ayant lieu lors d’un renvoi d’eau dans un lit de débris radioactifs, opération appelée « renoyage » et qui intervient dans une séquence d’accident grave où un cœur de réacteur nucléaire est dégradé suite à une perte prolongée de refroidissement primaire. Notre étude, de nature expérimentale, vise à mieux caractériser la crise d’ébullition en convection forcée, dans un milieu poreux chauffant. Le cœur du dispositif expérimental est un milieu poreux modèle quasibidimensionnel, composé de 276 cylindres disposés entre deux plaques de céramique distantes de 3 mm, dont l’une, transparente, permet de visualiser les écoulements. Les cylindres, de 2 mm de diamètre, sont des sondes thermo-résistives qui ont une double fonction : elles sont utilisées comme éléments chauffants et comme capteurs de température. Une boucle fluide permet de contrôler le débit d’injection de liquide dans la section test, la température d’injection ainsi que la pression. La section test est placée verticalement, le liquide est injecté par le bas à une température proche de la saturation. Dans une première série d’expériences, la puissance thermique dissipée globalement par un ensemble de cylindres chauffants est augmentée de façon progressive jusqu’à atteindre l’assèchement d’une zone du milieu poreux. Les résultats montrent deux types de phénoménologies dans le déclenchement de la crise d’ébullition. Pour des débits d’injection faibles (densités de flux massique de l’ordre de 4 kg.m^-2.s^-1 maximum), l’atteinte de la puissance d’assèchement se traduit par un lent recul du front diphasique jusqu’à sa stabilisation en haut de la zone chauffée ; en aval de la zone chauffée, l’écoulement est monophasique vapeur. Pour des débits d’injection plus élevés, la crise d’ébullition apparaît autour d’un des éléments chauffants, conduisant à une ébullition en film localisée, tandis qu’un écoulement diphasique liquide-vapeur continue de parcourir l’aval de la section test. Les visualisations de ces expériences permettent d’identifier qualitativement la structure des écoulements. D’autres expériences consistent à mesurer le flux critique local autour d’un cylindre choisi, pour différentes configurations d’écoulements. Le débit d’injection est fixé. Une puissance de chauffe est imposée à une ligne horizontale de cylindres en amont du cylindre choisi. Les résultats montrent que le flux critique sur ce cylindre diminue en fonction de la puissance délivrée à la ligne chauffée. La distance du cylindre étudié à la ligne chauffée semble avoir peu d’influence sur le flux critique. Des visualisations expérimentales sont utilisées pour caractériser l’écoulement diphasique en aval de la ligne chauffée, dans le but de mettre en relation le flux critique local avec des paramètres hydrodynamiques (saturations, vitesses des phases). Les images obtenues sont difficiles à exploiter. Afin de calibrer les paramètres des algorithmes de traitement d’images, nous avons reproduit une cellule d’essai de géométrie identique à l’originale, mais où l’on injecte du gaz par une ligne de cylindres en amont de la section test dans une configuration d’écoulement diphasique isotherme. Dans ce dispositif, le débit d’injection de gaz est contrôlé et mesuré. Les visualisations obtenues servent alors de références auxquelles sont comparées les visualisations d’ébullition convective.