Dissertations / Theses: 'Flow visualisation experiments'

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MartiÌnez-GarciÌa, Elvira. "Experimental and numerical study on the thermo hydraulic behaviour in a wavy plate heat exchanger using Newtonian and non Newtonian fluids." Thesis, University of Bristol, 2002. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.271803.

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Ayres, Thomas J. "Experimental methods to analyse crankcase aerodynamic losses and flow fields." Thesis, Edith Cowan University, Research Online, Perth, Western Australia, 2022. https://ro.ecu.edu.au/theses/2500.

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Abstract:

The air flow inside the crankcase of an internal combustion engine and the resistance that the air inside the engine induces on the moving engine components results in a component of the parasitic power loss of the engine, reducing the power output and efficiency of the engine. While these air flows have been researched using computational fluid dynamics in previous studies, there was no significant research found which had investigated these flows experimentally. The aim of this research was to develop experimental equipment to visualise the air flows in the crankcase of an engine. Particle Image Velocimetry (PIV) was the method that was chosen to visualise these air flows because it enabled instantaneous flow fields to be measured on a cross section through the entire crankcase of the test engine without creating any disturbance to the flow being measured. The experimental equipment that was developed in this research consisted of an electric motor driven 450 cc single cylinder engine. The crankcase of the engine consisted of a transparent box structure to enable visualisation of the flow inside the crankcase. The internal engine components were designed to run without a lubrication system to prevent contamination of the air inside the crankcase or the transparent sides of the crankcase. Planar PIV flow visualisation was carried out on 3 parallel planes in the crankcase perpendicular to the crankshaft’s axis of rotation. Sets of multiple crankshaft angle resolved PIV measurements were compiled at eight evenly spaced crankshaft angles over a full engine rotation. PIV flow visualisations were repeated for engine speeds of 500 rpm, 900 rpm, and 1500 rpm in clockwise and counter clockwise directions. PIV results were post processed to produce two dimensional velocity vector, vorticity, temporal variability, and pressure maps of the flow field inside the crankcase on each of the planes where flow visualisation was captured. The results indicated that the most significant flows in the crankcase were driven by the reciprocating motion of the piston, which forced air to flow in and out of the crankcase through the breather ports. The interaction of the rotating crankshaft with the air in the crankcase only affected the air flow in the immediate vicinity of the crankshaft and had minimal effect on the bulk flow of air inside the crankcase, therefore reversal of the engine rotation only effected the air flow near the crankshaft. The velocity of the airflows in the crankcase increased proportionally with increasing engine speed in the range of engine speeds tested. While the PIV observations made were not specific to any particular production engine, the general characteristics of the air flows observed may be applied to improve future engine designs. The results from this project may assist in the reduction of crankcase parasitic pumping losses and the aeration of lubrication oil in future engine designs.

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Ge, Ning. "Contribution à l'étude du décollement tournant dans les ventilateurs axiaux par vélocimétrie Doppler à laser et visualisation." Valenciennes, 1993. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/4e75b118-426c-4ae9-aa47-2cc24195edb4.

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Abstract:

Dans un ventilateur axial, le décollement tournant peut être caractérisé par des cellules à débit réduit, nul ou négatif qui se propagent dans le sens de la rotation du ventilateur à une vitesse angulaire constante. L'objectif de notre travail a consisté à utiliser les méthodes expérimentales telles que la vélocimétrie laser, le fil chaud et la technique de visualisation pour étudier l'apparition de ce phénomène. En général, les sondes perturbent l'écoulement. La mesure sans contact du fluide par vélocimétrie laser nous permet une approche plus fine du phénomène étudié. Des fils chauds simples ont été utilisés pour détecter le décollement tournant, permettant d'en tirer les caractéristiques de celui-ci (vitesse, nombre et amplitude des zones décollées). La technique de visualisation est très peu utilisée jusqu'à présent dans l'étude du décollement tournant dans les ventilateurs axiaux. Nous avons choisi cette méthode pour étudier le décollement tournant, puisque les images obtenues nous permettent une meilleure compréhension de la structure de l'écoulement étudié. Une étude bibliographique portant sur les travaux théoriques et expérimentaux dans le domaine de l'écoulement instationnaire concernant le décollement tournant dans les ventilateurs axiaux est présentée.

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Abadie, Thomas. "Hydrodynamics of gas-liquid Taylor flow in microchannels." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://oatao.univ-toulouse.fr/11986/1/abadie.pdf.

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Abstract:

This thesis focuses on the hydrodynamics of gas-liquid Taylor flow (or slug flow) in microchannels. These flows, which are generally dominated by surface tension forces, have been investigated in rectangular channels of various cross-sectional aspect ratios by means of both experimental visualizations and numerical simulations. The first experimental part aims at characterizing the bubble generation process (bubble length and frequency of break-up) depending on the operating conditions, the fluid properties, as well as the junction where both fluids merge. Numerical simulations of fully developed Taylor flow have been carried out with the JADIM code. The computation of such surface tension dominated flows requires an accurate calculation of the surface tension force. Some limitations of the Volume of Fluid method have been highlighted and a Level Set method has been developed in order to improve the calculation of capillary effects. Both methods have been compared in detail in terms of spurious currents. 3D numerical simulations have been performed and the influence of the capillary number, as well as the effects of geometry have been highlighted. Inertial effects have been taken into account and their influence on the pressure drop has been shown to be non-negligible. Mixing in the liquid slug has also been studied.

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Bourgeois, Magali. "Analyse des instabilités de sillages en écoulement cisaille." Toulouse 3, 1986. http://www.theses.fr/1986TOU30192.

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Abstract:

Etude expérimentale en canal hydrodynamique vertical de la zone de mélange qui se développe entre deux courants de vitesses différentes séparés par une plaque épaisse. Mise au point de techniques de visualisation (trajectographie, extraction de contours); développement de logiciels de traitement

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Mas, David. "Rayonnement acoustique d'une cavité rectangulaire soumise à un écoulement turbulent." Grenoble INPG, 2000. https://theses.hal.science/tel-00278358.

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Abstract:

Lorsqu'une cavité est soumise à un écoulement turbulent, de forts niveaux sonores peuvent être engendrés. Pur évaluer les niveaux de pression acoustique en champ lointain une approche en deux étapes est proposée. Tout d'abord, des simulations numériques de l'écoulement, considéré comme incompressible, sont réalisées à partir des équations de Reynolds complétées par des lois de fermeture élémentaires (k-c, sgs Smagorinsky). En outre, des visualisations et des mesures de pression fluctuante pariétale sont réalisées en tunnel hydraulique ; ces mesures ne sont pas suffisamment exhaustives pour conduire à une validation totale des modèles numériques dont on a pu cependant repérer certaines lacunes, En conséquence, on a plutôt cherché à combiner les résultats issus de ces modèles et les données expérimentales pour constituer des données d'entrée cohérentes du modèle acoustique correspondant à la deuxième étape. Ensuite, un modèle acoustique simple, fondé sur l'analogie de Lighthill, permet le calcul de la fréquence et de l'amplitude de pression acoustique en champ lointain. Pour tester ce modèle, on s'appuie par ailleurs sur des mesures acoustiques en champ lointain réalisées dans une soufflerie anéchoïque. Le modèle acoustique fournit un ordre de grandeur très satisfaisant des niveaux de pression acoustique mesurés. Enfin, un développement annexe de ce travail a consisté à raffiner la typologie des écoulements dans les cavités lorsque le rapport géométrique L/H augmente. On distingue alors trois configurations d'écoulement. Pour une cavité carrée, l'écoulement est quasi-2D. Pour un rapport géométrique de l'ordre de 1,5, l'écoulement fortement 3D se caractérise par une ondulation transverse de la zone de recirculation principale. Enfin, pour des rapports géométriques supérieurs à 2, la zone de recirculation se concentre sur la partie aval de la cavité ; l'écoulement est alors 2D
Flows over rectangular cavities exhibit various steady and unsteady phenomena, and are of concern in several engineering areas. When the incident flow is turbulent, high acoustic radiations are emitted. To evaluate the acoustic power radiated in the far field, a two-steps procedure is developed. First, the unsteady, incompressible, high Reynolds number flow past a cavity is numerically investigated. The hydrodynamical 3D models which are used are based on standard Reynolds-averaged Navier-Stokes equations closed by some simple turbulence closure models. On another side, experiments are performed in a large water tunnel for different length to depth ratios; flow visualization and fluctuating surface pressure measurements are made to check numerical results which reveal some deficiencies. Morover, the extent of both numerical and experimental results combined to produce consistent input data for the ensuing acoustic model. Secondly, a simple model, based on the Lighthill's acoustic analogy, incorporates the later data, to predict the amplitude and the frequencies of the far field noise. Measurements of the far field sound pressure level in a wind tunnel are also made at subsonic speed. A good agreement between the computed acoustic power in the far field and experimental data is shown. As an interesting by-product of the hydrodynamical study consists in a refined classification of flow structures in the cavity when length-to-depth ratio increases. Three different flow configurations are observed. A quasi-2D flow is observed for a squared cavity. A transitional 3D flow characterized by spanwise undulation of the main recirculating eddy is clearly shown for a length-to-depth ratio about 1,5. For a length-to-depth ratio above 2, the main recirculating eddy which is close to the downstream face of the cavity is purely 2D

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Ohmi, Kazuo. "Etude de la formation du sillage autour d'un profil en oscillation." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37608517d.

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Capiaux, Sylvie. "Application et développement de la vélocimétrie par images de particules pour l'étude de la phase d'admission dans les moteurs à allumage commandé." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES068.

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Abstract:

Le présent travail, effectué dans l'entreprise PSA, en collaboration avec le CORIA par le biais d'une convention CIFRE, vise à implanter la technique de vélocimétrie par images de particules, PIV, à la DRAS (PSA, Vélizy 78). La PIV est une technique bidimensionnelle de mesure de vitesse, qui fournit des champs instantanés de vecteurs vitesse dans un plan matérialisé par une nappe laser. Elle apporte ainsi une vision d'ensemble des structures de l'écoulement que les techniques ponctuelles ne permettent pas d'obtenir. Deux expériences sont mises en œuvre afin de tester la technique d'une part et d'obtenir des informations intéressantes sur l'écoulement en aval d'une culasse de série. La première est un banc statique : un plateau plat doté d'une soupape de série à levée variable, sous lequel est monté un cylindre transparent permettant de visualiser l'écoulement ensemencé de micro gouttelettes d'huile. L'écoulement autour de la soupape et dans le cylindre est créé à l'aide d'une aspiration. La seconde est constituée d'une culasse de série PSA, entrainée par un moteur électrique. La PIV s'avère être un bon outil de diagnostic pour les applications moteur et permet grâce à une méthode de filtrage spatial des champs instantanés d'évaluer les grandes échelles de l'écoulement (>= 7 mm) et la part des fluctuations cycliques. Pour ce faire on utilisera des traitements à l'aide de maillages de taille moyenne (64p*64p) et un taux de recouvrement des mailles de traitement assez élevé (75%). Les images obtenues ici ont l'inconvénient d'être moyennement résolues car les CCD sur le marché il y a 3 ans étaient de petite taille (768 pixels*512 pixels). Elles nécessitent un travail de mise au point conséquent à cause du confinement des cylindres, mais avec l'augmentation des cadences d'acquisition, la dégradation dans le temps d'expérience des images ne sera bientôt plus un problème. L'accès aux plus petites échelles sera possible dans l'avenir avec l'utilisation de cameras plus résolues (Kodak 1000*1000 par ex. ). Nous avons réalisé une étude théorique permettant de quantifier les biais de mesure. Les erreurs sont majoritairement liées à une répartition hétérogène des particules dans les mailles de traitement (mailles moyennes ou grandes et gradients locaux de vitesse au sein des mailles).

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Hellou, Mustapha. "Etude numérique et expérimentale de l'écoulement à structure cellulaire engendré par la rotation d'un cylindre dans un canal." Poitiers, 1988. http://www.theses.fr/1988POIT2267.

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Abstract:

Etude du decollement de l'ecoulement et de la formation de cellules. Structure et caracteristiques geometriques de ces cellules. Analyse du champ hydrodynamique. Calcul numerique base sur l'ecriture des conditions des conditions aux limites par la methode des moindres carres. Mise au point d'une technique de visualisation par intermittence pendant de longues durees, utilisant les traceurs solides

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Bernaz, Lucien. "Étude du transfert de chaleur à la frontière supérieure d'un bain fluide avec dissipation volumique de puissance." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10021.

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Abstract:

Le travail presente concerne une etude theorique et experimentale du transfert de chaleur a la frontiere superieure d'un bain liquide soumis a dissipation volumique de puissance (dans un regime de turbulence developpee). Le probleme est ramene a celui de la convention turbulente de rayleigh-benard (convection sans source interne de chaleur). Deux modes de transfert de chaleur sont recenses dans la litterature : le regime de turbulence faible et le regime de turbulence forte. L'approche theorique est basee sur une interpretation phenomenologique des ecoulements pariet aux responsables de la majeure partie du transfert de chaleur (turbulence faible). Le modele theorique est valide de maniere satisfaisante par les resultats experimentaux. Ces derniers ont ete obtenus lors d'etudes parametriques dans differents dispositifs : la section d'essai marabec (convection de rayleigh-benard, echelle 1:20 du cas simule) pour la turbulence faible et la section d'essai bali (convection avec source interne de chaleur, echelle 1:1 du cas simule) pour la turbulence forte. Les mesures sont en partie obtenues grace a une technique de visualisation, la fluorescence induite par laser.

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Khelif, Djamal. "Contribution a l'etude de la couche de melange plane : conditions de formation et evolution de la structure tourbillonnaire." Poitiers, 1987. http://www.theses.fr/1987POIT2256.

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Abstract:

Etude experimentale de la structure tourbillonnaire dans une zone de melange confinee formee par la rencontre de deux ecoulements plans paralleles debouchant a vitesses differentes dans un canal rectangulaire. Visualisation des deux ecoulements incidents permettant de determiner l'influence de ces derniers sur les grosses structures coherentes. Traitement numerique de sequences d'images

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Marchand, Olivier. "Sur l'écoulement entre deux disques." Aix-Marseille 2, 1986. http://www.theses.fr/1986AIX22033.

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Abstract:

Etude numerique et experimentale de l'ecoulement entre un disque fixe et un disque en rotation. Les experiences sont realisees en regime laminaire et turbulent par anemometrie a film chaud et visualisations

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STRZELECKI, ALAIN. "Etude du detachement tourbillonnaire en ecoulement perturbe : application a la debimetrie-vortex." Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30040.

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Mansur, Sergio Said. "Amélioration des échangeurs thermiques tubulaires par l'utilisation d'inserts hélicoïdaux à l'extérieur des tubes." Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10192.

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Abstract:

Ce travail propose une etude numerique et experimentale du comportement thermohydraulique des echangeurs multitubulaires munis de bandes vrillees a l'exterieur des tubes. Des lois de frottement et d'echange thermique au sein de cette geometrie ont ete determinees experimentalement et programmees dans le logiciel trio developpe au commissariat a l'energie atomique, cea , avec une modelisation du type milieu poreux. Des mesures de pression et de vitesse, ainsi que des visualisations de l'ecoulement ont ete realisees sur un echangeur construit en plexiglas transparent. Les resultats obtenus dans cette etape ont permis d'evaluer la distribution du debit a l'interieur de l'appareil et de degager les elements necessaires a la validation des calculs. L'adequation du modele pour une description macroscopique de l'ecoulement a ete confirmee par des nombreuses comparaisons entre donnees numeriques et experimentales. Une analyse comparative entre differents types d'echangeurs, realisee a l'aide de la simulation, a mis en evidence la performance thermohydraulique satisfaisante de ce nouveau type d'echangeur. Enfin, l'aspect de la diffusion turbulente a l'interieur du faisceau tubulaire a ete aborde par une experience simple de visualisation. D'un point de vue qualitatif, ces essais ont clairement montre que la presence des inserts favorise le melange et la dispersion des proprietes transferables au sein du fluide, qualifiant ainsi les bandes helicoidales en tant de promoteurs de turbulence

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Maalouf, Abdellah. "Etude numérique et expérimentale de l'écoulement plan autour et au travers d'un cylindre, à faibles nombres de Reynolds : modélisaton d'un milieu poreux par des treillis de cylindres." Poitiers, 1987. http://www.theses.fr/1987POIT2032.

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Abstract:

Etude experimentale des proprietes de quelques corps poreux consolides ou non et de l'ecoulement autour et au travers de trois coques cylindriques poreuses. Etude theorique et numerique de l'ecoulement confine pour differentes conditions de raccordement. Etude par le calcul et l'experience de l'ecoulement lent au travers de milieux poreux representes par differentes structures de treillis de cylindres et regi par les lois de stokes et de brinkman. Mise en evidence de zones de recirculation dans ces milieux

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Zara, Henri. "Système d'acquisition vidéo rapide : application à la mécanique des fluides." Saint-Etienne, 1997. http://www.theses.fr/1997STET4012.

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Abstract:

Les systèmes de vision sont aujourd'hui largement employés pour les études expérimentales en mécanique des fluides. Les techniques d'acquisition d'images se heurtent cependant à une limitation technologique concernant la cadence et la résolution des images. De nouveaux capteurs d'images électroniques rapides, mais également certaines méthodes d'exposition permettent d'apporter des solutions à ce problème. Nous présentons dans ce mémoire un système d'acquisition vidéo rapide élaboré autour d'une plate-forme expérimentale de mécanique des fluides. Ce système est constitué en particulier : d'une camera CCD numérique (8bits) de résolution 512x512 pixels avec une cadence de 100 i/s ; d'un système de synchronisation qui assure les différents modes d'exposition des images ainsi que la synchronisation des éléments de la plate-forme. L'ensemble est commandé par un ordinateur PC, pour la configuration des paramètres ainsi que pour le stockage des images. La technique d'éclairage mise en oeuvre est la tomographie laser. Un choix technologique original nous a conduit au couplage de la camera à un intensificateur de lumière. Ce choix permet l'utilisation de sources laser continues de faible puissance. Il offre également de larges possibilités d'exposition des images par la commande de la porte optique de l'intensificateur. Dans une première partie nous présentons une étude détaillée des capteurs d'images à semi-conducteur, ainsi que des intensificateurs d'images. Les descriptions techniques concernant la réalisation de la caméra et du système de synchronisation sont ensuite exposées. L'ensemble d'acquisition vidéo final met en oeuvre deux cameras synchronisées permettant l'enregistrement d'une séquence de paires d'images d'occurrence très proche (50 ns). Quelques exemples expérimentaux permettent de confirmer les possibilités de notre système

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Goix, Philippe. "Approche lagrangienne et étude statistique par tomographie laser d'un plasma oblique dans une turbulence de grille." Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES045.

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Etude de l'interaction d'un champ turbulent généré par une grille et d'une flamme oblique de prémélange (air-hydrogène) stabilisée par un fil catalytique. Une technique de visualisation par tomographie laser couplée à une méthode d'analyse d'images a été mise au point pour caractériser l'évolution de la structure des fronts de flamme turbulente. L'étude statistique réalisée pour plusieurs configurations expérimentales a été interprétée d'un point de vue lagrangien

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Cortazar, Miguel Angel. "Le Cavermod, modèle physique de l'érosion de cavitation : qualification expérimentale et numérique." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1994. http://www.theses.fr/1994GRE10089.

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Abstract:

Le cavermod est un dispositif entièrement original destiné à simuler les tourbillons cavitants dont l'efficacité agressive dans les machines hydrauliques a été remarquée depuis plusieurs années. Ce dispositif permet de fixer la valeur des trois paramètres qui caractérisent le tourbillon cavitant: son taux de rotation, sa taille et sa vitesse d'implosion. L'étude expérimentale porte à la fois sur la réalisation du dispositif, sur l'équipement de mesure nécessaire à l'observation de l'écoulement crée (durée de vie: quelques millisecondes, vitesse d'implosion comprise entre 70 et 700 m/s), sur l'histoire de cet écoulement et sur les corrélations que l'on peut établir entre l'écoulement et les marques d'érosion formées sur des éprouvettes métalliques. Un modèle numérique permettant le suivi de l'interface liquide-vapeur donne une valeur de la distribution de la pression qui est en accord avec les valeurs expérimentales. L'étude a permis d'une part de cerner l'instant ou les évènements critiques d'érosion ont lieu et d'autre part de déterminer les bases d'une optimisation du dispositif

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Desrayaud, Gilles. "Analyse de stabilite lineaire dans un milieu semitransparent : determination experimentale des limites de stabilite dans un milieu transparent." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066089.

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Abstract:

Etude de la stabilite des regimes d'ecoulement de convection naturelle dans un fluide semi-transparent confine entre deux parois verticales chauffees differentiellement. Resolution des equations de l'ecoulement et du probleme aux valeurs propres par une methode spectrale tau utilisant les polynomes de chebyshev. Etude experimentale des limites de stabilite dans des cavites verticales remplies d'air par interferometrie holographique et injection de fumee

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Rouland, Eric. "Etude et développement de la technique de vélocimétrie par intercorrélation d'images de particules. Application aux écoulements en tunnel hydrodynamique." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES078.

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Abstract:

La vélocimétrie par intercorrélation d'images de particules (V. I. I. P. ) a fait l'objet d'un développement complet ayant pour but l'étude d'écoulements dans un tunnel hydrodynamique. Elle consiste en une analyse bidimensionnelle par intercorrélation (corrélation-croisée) de deux images prises simultanément par un capteur CCD standard. Ces images sont obtenues en éclairant, par un plan laser, des particules préalablement ensemencées dans l'écoulement. L'algorithme de corrélation-croisée a été comparé au traitement généralement utilisé : l'autocorrélation, et ceci à l'aide d'un programme générateur d'images simulées. Cette comparaison montre que l'intercorrélation d'images séparées résout à la fois le problème du signe et des mesures de vitesse autour de zéro, cela permet de bénéficier d'une dynamique de vitesse maximum dans la fenêtre d'analyse. Elle met aussi en évidence qu'on peut accepter des densités de particules beaucoup plus élevées et du même ordre que la densité utilisée pour la visualisation par tomographie. Enfin, nous abordons l'application de la méthode aux écoulements dans un tunnel hydrodynamique autour de profils immergés (cylindre, hélice). Nous montrons qu'en dépit d'un ensemencement utilisant des microbulles d'air de différents diamètres et en faible concentration, la V. I. I. P. Permet d'étudier les écoulements propres au tunnel. Dans ce contexte, les informations instantanées, obtenues après l'utilisation de critères de validation de vecteurs vitesse et l'application de post-traitements, permettent ainsi l'analyse de phénomènes de fluctuation spatiale qui apparaissent par exemple dans le sillage d'un cylindre.

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(9808835), Mohd Kabir. "Flow characteristics of Newtonian and non-Newtonian fluids in a channel with obstruction at the entry." Thesis, 2004. https://figshare.com/articles/thesis/Flow_characteristics_of_Newtonian_and_non-Newtonian_fluids_in_a_channel_with_obstruction_at_the_entry/21721064.

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Abstract:

This study investigates the flow phenomena in a channel with an obstruction at the entry which is placed in another wider parallel walled channel. When obstructed, the flow phenomena inside the channel were observed to be reverse, forward or stagnant depending on the position of the obstruction. The parameters that influence the flow inside and around the test channel are: - the size and shape of the obstruction geometries, the gap between the test channel and the obstruction geometry, the Reynolds number and the length of the test channel. Knowledge of these flow phenomena has the potential benefit in the control of various flows in process engineering applications.

Experimental investigations of these flow parameters were carried out in an open channel rig. Fluids used in the investigations were a Newtonian fluid (water) and two non-Newtonian fluids, namely polyacrylamide solution (0.03% by weight) and mixed solution (xanthan gum, magna floc 139 and magna floc 1011). The polyacrylamide solution and mixed solution had similar viscosity and both show a power-law behavior, however their elastic behavior was different.

Experimental studies of these flows include the velocity measurement and the flow visualization analysis. The velocity measurement provides the quantitative information whereas flow visualization provides the qualitative information of the flow. Numerical simulations of these flow phenomena were also carried out using a CFD software and comparisons are made with the experimental results.

The influence of the size and shapes of the obstruction geometries; and the gap to width (g/w) ratio on the magnitude of the velocity ratio (V_iN_o: inside/outside velocity of the test channel) was studied. Obstruction geometries used were semicircle, triangle, circle and various shapes of rectangles. The g/w ratios ranging from 0.5 to 8 were selected as a set of distances from the test channel. The influence of the Reynolds numbers on the value of the velocity ratio was investigated. The effect of the test channel length on the velocity ratio was also investigated at the Reynolds number of 2000 for the above specified g/w ratios.

The flow inside the test channel was observed to be forward, reverse or stagnant for both Newtonian fluid (water) and Non-Newtonian fluids. The 'flat plate' obstruction geometry produced the maximum reverse flow inside the test channel compared with other obstruction geometries for both Newtonian and non-Newtonian fluids. The magnitude of the reverse flow for both non-Newtonian fluids used in this study is observed to be half of the magnitude of the reverse flow for water. The maximum reverse flow for non-Newtonian fluids occurs at g/w ratio of 1.0 whereas for Newtonian fluid (water) it occurs at g/w ratio of 1.5.)

The two flow parameters namely, the size and shapes of the obstruction geometries and the gap between the test channel and the obstruction geometries have the strongest influence on the flow phenomena. The Reynolds number has also a strong influence whereas the test channel length has a negligible influence on the flow phenomena.

The numerical simulations using CFD-ACE+ found that the numerically predicted streamlines and velocity vectors of the flow phenomena are in good agreement with the streak lines of the flow visualization images. It was also found that the numerical model used for this study can be generally applied for the prediction of the flow behaviour in the channel with obstruction at the entry.

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Swytink-Binnema, Nigel. "Digital Tuft Flow Visualisation of Wind Turbine Blade Stall." Thesis, 2014. http://hdl.handle.net/10012/8459.

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Abstract:

Wind turbines installed in the open atmosphere experience much more complex and highly-varying flow than their counterparts in wind tunnels or numerical simulations. In particular, aerodynamic stall—which occurs often on stall-regulated wind turbines in such variable flow conditions—can affect both wind turbine blade lifespan and noise generation. A field test site was therefore installed at the outer limits of the city of Waterloo, Ontario to study a small-scale 30 kW stall-regulated wind turbine. Experimental equipment was installed to monitor parameters such as wind speed and direction, electrical power output, blade pitch angle, rotor rotational speed, and wind turbine yaw orientation. Extensive hardware and software was developed and installed to wirelessly collect data from all instrumentation. Tufts and a remote-operated camera were also installed on one of the two blades of the 10 m diameter horizontal-axis turbine. In a variation on the tuft ﬂow visualisation technique, video ﬁles were analysed using a novel digital image processing code. The code was developed in MATLAB to calculate the fraction of the blade which was stalled by determining the position and angle of each tuft in every video frame. The algorithm was able to locate on average 85% of the visible tufts and correctly tagged those which were stalled with a bias of only −5% compared to the typical manual method. When the algorithm was applied to 7 h of tuft video at the outboard 40% of the blade, the total average fraction of stalled tufts varied from 5% at 5 m/s to 40% at 21 m/s. This trend was expected for the stall-regulated design since, as the wind speed is increased, the stall progresses from inboard to outboard regions and from trailing edge to leading edge. The 7 h time period represents at least a two order-of-magnitude increase compared with time periods analysed using previous manual methods. This work has demonstrated a digital implementation of tuft ﬂow visualisation which lends statistical validity (through long-time-period averaging) to a common tool for researching wind turbine stall. The speed and ease with which the tuft method can be implemented, combined with the high cost per energy of small-scale wind turbines, suggest that this digital algorithm is a highly beneficial tool for future studies.

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Dissertations / Theses on the topic 'Flow visualisation experiments'

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