Dissertations / Theses: 'Mélange fluide'

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Le, Guer Yves. "Jet confiné, dispersions fluide-particules et mélange chaotique." Habilitation à diriger des recherches, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00403912.

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Abstract:

Les travaux présentés concernent l'étude d'écoulements hydrodynamiques en situations complexes : écoulements instables, en régime d'advection chaotique ou encore multiphasique. Les phénomènes de transport et de transfert associés à ces écoulements sont étudiés (couplages instabilité-changement de phase, diffusif-réactif). Les applications sont nombreuses et se trouvent dans le domaine du génie des procédés. Les méthodes d'investigations sont essentiellement expérimentales, quelques développements numériques sont aussi présentés. Le premier thème a trait à l'étude du comportement oscillatoire d'un jet fluide, plan, qui débouche dans une cavité contenant un obstacle. L'instabilité globale de l'écoulement conduit à son oscillation auto-entretenue. La dynamique du jet présente alors une fréquence caractéristique bien précise, dépendant principalement de paramètres géométriques, qui a permis d'envisager son utilisation comme débitmètre. Le second thème abordé concerne l'étude de dispersions de particules flottantes en écoulement. Les deux projets présentés s'inscrivent dans le cadre plus général de l'étude de nouveaux fluides frigoporteurs diphasiques développés au LaTEP (les coulis de glace). Le premier projet se rapporte à une configuration académique : l'ascension d'une sphère de glace en colonne liquide. Les couplages dynamique (instabilités de sillage, trajectoires) et thermique (changement de phase) sont complexes, le régime d'écoulement évoluant à chaque instant. Le second projet de ce thème se rapporte à l'hydrodynamique d'une dispersion solide-liquide modèle en conduite cylindrique horizontale. Différents régimes d'écoulement non homogène ont été mis en évidence à partir de l'évolution spatio-temporelle du champ de vitesse, en fonction de la fraction solide de la phase dispersée. Le troisième thème concerne l'étude du mélange obtenu en régime d'advection chaotique pour un écoulement laminaire. Plusieurs volets ont été développés autour de l'écoulement de Dean alterné tridimensionnel existant au sein de conduites courbes. Expérimentalement, il a été prouvé, par comparaison à un écoulement se développant dans un serpentin hélicoïdal, que les écoulements chaotiques sont plus efficaces en terme de mélange diffusif et réactif, donc jusqu'à une échelle moléculaire. Numériquement, une méthode originale basée sur la transformation de maillages anisotropes associés aux déplacements de scalaires advectés par l'écoulement a été mise au point. Elle permet l'évaluation, la comparaison et l'optimisation du mélange au sein d'écoulements 2D périodiques en temps ou 3D spatialement périodiques. Les efficacités d'écoulements régulier, partiellement chaotique et globalement chaotique sont analysées à partir de différents critères pour quantifier le mélange diffusif et réactif. Aujourd'hui, de nouvelles applications du mélange chaotique sont considérées. Plus particulièrement, la production d'émulsions pétrolières à partir d'huiles lourdes très visqueuses est étudiée.

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Lapeyre, Guillaume. "Topologie du mélange dans un fluide turbulent géophysique." Paris 6, 2000. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01475960.

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Collin, Erwan. "Etude de l'injection radiale de fluide dans une couche de mélange annulaire supersonique : application à l'augmentation du mélange." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2307.

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Abstract:

L'étude porte sur le contrôle actif d'un jet supersonique par injection radiale de fluide dans la zone initiale des couches de mélange. L'injection est réalisée à l'aide d'un ou de plusieurs jets de contrôle, dont la section est soit rectangulaire, soit circulaire. Des résultats expérimentaux basés sur des mesures du champ moyen, du champ turbulent, de corrélations spatio-temporelles et sur des visualisations tomographiques instantanées permettent d'une part de mettre en évidence certains comportements au voisinage de l'injection, et d'autre part de mieux connaître l'organisation du jet manipulé dans la région lointaine de l'interaction entre le jet principal et l'injection transverse. Une application à l'augmentation du mélange est proposée, sous les traits d'une étude paramétrique The study concerns an active control method of mixing enhancement of a supersonic main jet. This method consists in radial air injection through one or several small control jets, which cross-sections are either rectangular or circular. Mean and turbulent flow measurements, space-time correlations and instantaneous visualisations put forward several characteristics of the flow near the injection and in the far field of the interaction between the main jet and the control jet(s). An hypermixing application is proposed, through a parametric study

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Lardeau, Sylvain. "Simulation numérique directe du contrôle d'écoulements cisaillés libres par injection de fluide." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2328.

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Abstract:

Le contrôle d'écoulements cisaillés libres incompressibles (jet rond et couche de mélange plane) par un ou plusieurs petits jets soufflant dans la zone de transition à la turbulence est étudié numériquement. L'utilisation de schémas de discrétisation très précis et d'une condition d'entrée réaliste permet d'étudier l'influence du ou des jets de contrôle sur la dynamique de l'écoulement manipulé. Dans un premier temps, le contrôle d'un jet rond par deux petits jets soufflant radialement est présenté. Six configurations de contrôle sont étudiées, pour différentes orientations, avec des jets de contrôle débitant de façon stationnaire ou instationnaire. L'expansion du jet est fortement modifiée par l'injection de fluide. On observe notamment une réduction significative de la longueur du cône potentiel. Les modifications structurelles de l'écoulement principal induites par les jets de contrôle ne conduisent cependant pas à une augmentation importante de la production d'enstrophie. L'effet du contrôle sur les propriétés de mélange d'un scalaire passif est également considéré en étudiant la distribution de ce dernier. L'utilisation de jets de contrôle pulsés apparaît comme étant la configuration la plus favorable pour augmenter le mélange du scalaire passif. Une couche de mélange plane turbulente contrôlée par un seul jet soufflant de manière continue est également étudiée, afin de préciser certains phénomènes observés lors de l'étude du jet rond, comme la pénétration intermittente du jet de contrôle dans la couche cisaillée. Ces résultats sont utilisés pour construire une boucle de contrôle actif ouverte. L'écoulement manipulé est une couche de mélange plane, initiallement bidimensionnelle. Ces résultats préliminaires permettent de proposer une stratégie de contrôle plus efficace, basée à la fois sur la fréquence et la phase des structures grandes échelles de l'écoulement manipulé.

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Mermond, Yannick. "Transferts de chaleur dans un mélange constitué de fluide frigorigène et d'huile." Nancy 1, 1999. http://www.theses.fr/1999NAN10287.

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Abstract:

La présence d'huile de lubrification dans les installations frigorifiques industrielles et domestiques, liée aux divers systèmes de compression, remet en cause les méthodes classiquement employées pour le dimensionnement des échangeurs de chaleur, et notamment les évaporateurs à tubes et calandres. Le caractère imprévisible de l'influence de l'huile sur l'ébullition en convection forcée des fluides frigorigènes a été souligné par de nombreuses études, qui mettent aussi en évidence un comportement local des transferts de chaleur. Un dispositif expérimental spécifique et un outil de dépouillement adapté, la thermique inverse, ont permis d'obtenir la distribution du coefficient de transfert de chaleur sur la paroi interne d'un tube lisse. Cette nouvelle représentation des résultats expérimentaux fait clairement apparaître l'influence du lubrifiant sur l'ébullition convective des fluides frigorigènes. Elle met aussi en évidence le couplage local des deux contributions à l'ébullition en convection forcée : ébullition nucléée et ébullition convective. L'intégration des résultats locaux aboutit à des valeurs locales moyennes du coefficient de transfert qui ont pu être comparées aux valeurs fournies par divers modèles de la littérature. Les limitations de ces modèles sont présentées. Des propositions sont faites afin de prendre en compte les divers effets du lubrifiant sur les transferts de chaleur, les configurations des écoulements diphasiques, ainsi que sur les pertes de pression linéaires The phase out of chlorine containing refrigerants (CFC and HCFC) has led to the introduction of new refrigerants and lubricants to the market. The interest in using HFC fluids as working fluids in heat pumps and refrigerating systems has increased during the last decade due to their ability to replace fluids harmful to the stratospheric ozone layer. The study presents the influence of synthetic oil (POE ISO 68) on flow boiling of refrigerants R134a (pure fluid) and R410A (R32/R125 50%/50%). Local and average heat transfer coefficients and pressure drops have been measured for a smooth horizontal tube. The distribution of the heat transfer coefficient at the inner walI has been obtained from solving the inverse heat conduction problem (IHCP) and resulted in a local combination of nucleate and convective contributions to flow boiling. Local heat transfer coefficients have been averaged and displayed as a function of the vapour quality. For R134a: small amounts of oil (1 % to 6% in the liquid phase) increased the heat transfer coefficient at low and intermediate vapour qualities (Iess than 0. 60) compared to pure fluid. However a hugh reduction of the heat transfer has been observed at higher vapour qualities. For R410A: oil dramatically decreases the heat transfer coefficient compared to pure fluid. Pressure drops are also affected by small amounts of lubricant: an important increase has been noted for both fluids. Available design methods for flow boiling heat transfer coefficient (superposition, enhancement, asymptotic) badly predict the experimental results. Nevertheless a new design method accounting for flow patterns has shown good agreements. The influence of the lubricant on the heat transfer is discussed and a new proposition is made to calculate pressure drops

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Ndombo, Jean-Marc. "Modélisation numérique d'un écoulement anisotherme dans un té de mélange par simulation des grandes échelles." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4370/document.

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Abstract:

Les fluctuations thermiques présentes dans les tés de mélange provoquent des contraintes thermiques qui peuvent mener à l'apparition de fissures qui se propagent plus ou moins rapidement dans la structure. Une possibilité pour réduire ces risques est d'installer des mélangeurs statiques (statics mixers) pour accroître le mélange. Une telle technologie a été utilisée par Utveckling AB depuis 1980 dans des installations nucléaires. Toutefois, ces technologies sont très coûteuses. C'est pour cette raison que plusieurs investigations numériques ont été faites pour prédire les fluctuations de température causées par le mélange turbulent dans cette configuration d'écoulement. On effectue la simulation numérique de l'écoulement sur deux types de té de mélange. L'un avec des bords droits et une paroi en Plexiglas, et l'autre avec des bords arrondis et une paroi en inox 304L. Dans le premier cas la condition de paroi est adiabatique et dans le second cas on effectue un couplage entre le code CFD (Computational Fluid Dynamic) Code_Saturne et le code SYRTHES pour l'analyse de la température dans le solide. L'apport principal de la thèse est la détermination des statistiques temporelles d'ordre élevé dans une configuration aussi complexe. En effet, les équations de transport de l'énergie cinétique turbulente, de la variance de la température et des flux thermiques turbulents sont déterminées dans les deux configurations (adiabatique et avec des parois en inox), ce qui montre l'influence de la paroi sur le transfert de chaleur en région proche paroi Thermal fluctuations present in mixing tees cause thermal stresses that can lead to the appearation of cracks, which spread more or less quickly in the structure. One possibility to reduce these risks is to set static mixers (statics mixers) to increase the mixture. Such technology has been used by Utveckling AB since 1980 in nuclear installations. However, these technologies are very expensive. It is for this reason that many numerical investigations have been made to predict temperature fluctuations caused by turbulent mixing in this configuration flow. The resolution of the conservation equations is made with a finite volume approach using large eddy simulation or LES . The subgrid models used are Smagorinsky, WALE (Wall Adapted Local Eddy) and dynamic Smagorinsky. The SGDH model (Simple Gradient Di? Usion Hypothesis) is used for modeling greeting thermal subgrid and the turbulent Prandtl number is fixed one. Generation turbulence input field is made using the SEM method (Synthetic Eddy Method). The main contribution of this thesis is the determination of time turbulent statistic in a complex configuration. Indeed, the transport equations of turbulent kinetic energy, temperature variance and turbulent heat flux are determined in both configurations (adiabatic walls and stainless steel), which shows the influence of the wall on heat transfer in near-wall region

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Bellini, Stéphane. "Etude expérimentale des structures cohérentes d'une couche de mélange plane turbulente de fluide incompressible." Poitiers, 1991. http://www.theses.fr/1991POIT2292.

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Abstract:

Le but de ce travail est de continuer a une meilleure connaissance des mouvements organises dans les ecoulements turbulents. L'ecoulement etudie est de type couche de melange. Des mesures sont realisees dans la zone turbulente pleinement developpee par l'utilisation de peigne de sondes a fils chauds pouvant mesurer une ou deux composantes de vitesse. Les donnees ainsi recueillies sont traitees d'une part par deux voies complementaires concernant l'aspect morphologique des structures et d'autre part par un traitement conditionnel qui contribue a l'analyse des equations de leur evolution. Par ailleurs, quelques visualisations sont obtenues a l'aide d'un laser a impulsion. La generation de pseudo-visualisations, realisees a partir du champ de vitesse longitudinal, fournit des coupes spatio-temporelles de l'ecoulement qui mettent en evidence les deux structurations principales de l'ecoulement. Une analyse spectrale a partir de spectres bi-dimensionnels permet la determination des longueurs d'onde qui sont associees aux gros tourbillons bi-dimensionnels et aux paires de tourbillons contra-rotatifs. Par ailleurs, un procede de detection delocalisee des structures coherentes est mis en uvre. Cette detection permet de distinguer les caracteristiques morphologiques qui leur sont associees. Des moyennes conditionnelles sont alors calculees pour des configurations differentes. La physique des structures coherentes est analysee par l'application des decompositions double et triple qui font ressortir la participation des structures a travers la composante coherente

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Habchi, Charbel. "Étude expérimentale et numérique des phénomènes de mélange turbulent et de transfert thermique en présence de vorticité." Nantes, 2010. http://www.theses.fr/2010NANT2032.

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Abstract:

Cette étude porte sur les phénomènes de mélange turbulent et de transfert thermique dans des échangeurs/réacteurs multifonctionnels (ERM) à générateurs de vorticité. La géométrie des ERM conditionne leur efficacité énergétique en déterminant la structure de l’écoulement. Ainsi, la compréhension fine des mécanismes du mélange turbulent et des transferts convectifs constitue un enjeu fondamental pour l’amélioration de l’efficacité énergétique des ERM. La démarche scientifique est décomposée en deux parties : Tout d’abord, nous étudions l’utilisation de la sonde chimique dans le but de caractériser le micromélange dans des écoulements turbulents continus homogènes. Nous proposons une procédure expérimentale adaptative permettant d’adapter les cinétiques chimiques aux conditions locales de turbulence. De plus, nous définissons un domaine de validité, dépendant des conditions hydrodynamiques au point de mesure, en s’appuyant sur la modélisation physique de l’interaction entre les différentes échelles du mélange. Ensuite, nous étudions le mélange et les transferts thermiques dans trois géométries d’écoulements turbulents en présence de vorticité générée par des perturbateurs insérés dans un tube droit circulaire. Cette étude repose sur des mesures par LDA (laser Doppler anemometry) et de la simulation numérique CFD. Différentes approches physiques sont utilisées : statistique de turbulence, intensité de la vorticité, production d’entropie et synergie des champs. La complémentarité de ces approches permet de proposer une méthodologie afin d’évaluer les performances d’un ERM en régime turbulent The aim of the present doctoral thesis is the study of turbulent mixing and heat transfer in multifunctional heat exchangers/reactors (MHER) of vortex generator type. The geometry of the MHER strongly influences its energeticefficiency by controlling the flow structure. Thus, understanding of the mechanisms of turbulent mixing and convective heat transfer is a key issue for improving the energetic efficiency of these devices. This work is composed of two main parts: First, we investigate the chemical probe methods, based on a system of parallel-competitive chemical reactions, which are then used to characterize the micromixing in continuous flows. Here, we propose an adaptive experimental procedure to adapt the kinetics of the chemical reactions to the local turbulence. In addition, based on physical modeling of the interaction between the different turbulent mixing scales, we define a domain of validity for this method depending on the hydrodynamic conditions at the probe measurement point. The second part is devoted to the study of the turbulent mixing and heat transfer phenomena in three different turbulent flows in the presence of artificially generated vorticity in a straight circular tube. The tools used in this investigation are the laser Doppler anemometry (LDA) and CFD simulation. Several physical approaches are used to characterize the different mechanisms of turbulent mixing and heat transfer aimed at determining the best configuration of vorticity generation

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Lebret, Yann. "Etude numérique de la couche de mélange turbulente compressible." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES043.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents compressibles. Le premier chapitre consiste en une revue bibliographique du problème et, en introduisant les paramètres de base, dégage les mécanismes fondamentaux gouvernant la couche de mélange. Le chapitre 2 consiste en une présentation des différents modèles de turbulence : k-epsilon mono et bi-échelles ainsi qu'un modèle du second ordre, sans et avec termes de compressibilité. Le troisième chapitre détaille la technique d'intégration numérique de type volumes finis, fondée sur l'algorithme de Mac Cormack. Puis le dernier chapitre consiste en l'exploitation de différents cas tests. Un procédé de post traitement s'appuyant sur l'analyse par ondelettes est utilisé pour l'analyse des résultats instationnaires

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Nguyen, Trong Dai. "Influences des propriétés non-Newtoniennes sur un mélange de scalaire passif." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0084.

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Abstract:

Cette thèse présente une étude expérimentale du problème de mélange dans les fluides complexes, étude menée en partenariat avec l’entreprise Sanofi Pasteur. Le mélange est un acte des plus fréquents dans la vie courante et aussi dans l’activité industrielle. On trouve dans la littérature de nombreuses études s’intéressant aux cuves de mélange pour en améliorer les performances à partir d’observations faites à grande échelle. Par contre, à notre connaissance, il y a peu de recherche sur l’hydrodynamique du mélange dans les fluides complexes. Dans notre travail, on étudie des fluides non-Newtoniens formés de solutions diluées de polymères caractérisés par leurs propriétés rhéofluidifiante et viscoélastique. Il s’agit de solutions aqueuses de Polyacrylamide (PAA) ou de la gomme de Xanthan (XG). Afin d’identifier la différence de comportement avec les fluides Newtoniens, une étude expérimentale avec de l’eau est effectuée dans les mêmes conditions que celles pour les fluides non-Newtoniens. Cette étude a été menée, en premier, sur un modèle réduit d’une cuve de mélange de Sanofi Pasteur. Les résultats obtenus, non représentés dans ce mémoire de thèse, nous ont amenés à mettre en place une étude fondamentale de l’écoulement dans un mélangeur de géométrie plus simple. Il s’agit alors de pouvoir contrôler les conditions initiales et de s’affranchir des effets secondaires de l’agitation pour ne s’intéresser qu’au mélange. Pour cela, la géométrie retenue est celle d’un mélangeur en T avec deux entrées perpendiculaires. L’exploration en 2D des champs de vitesse et de concentration de scalaire dans cette jonction en T est assurée simultanément aux moyens des techniques optiques (PIV et PLIF). Les observations montrent un effet non négligeable sur l’hydrodynamique et le mélange lié à la présence de polymères dans l’écoulement. De plus, les résultats obtenus permettent de calculer la tension de Reynolds uv et les flux de masse vc et uc. Ils seront utilisés par la suite pour vérifier leur conformité avec le modèle k epsilon couramment utilisé dans l’industrie This thesis presents an experimental study of the mixing in complex fluids which is conducted in partnership with Sanofi Pasteur. The mixture is one of the most common act in everyday life and also in industrial activities. We found in the literature many studies focusing on the mixing tanks with objective to improve performance based on observation of large scale. By cons, in our knowledge, there is few or no research on the hydrodynamics of a mixture in complex fluides. In our work, we study non-Newtonian fluids formed of diluted solution of polymer which characterized by their viscoelastic and shear thinning properties. We used in this study aqueous solutions of polyacrylamide (PAA) or xanthan gum (XG). To identify the difference in behavior with Newtonian fluid, an experimental study with water is carried out under the same conditions as those non-Newtonian fluids. At first, this study was on a reduced mixing tank of Sanofi Pasteur. The results, which not shown in this thesis, led us to develop a fundamental study of flow in a mixer with a simple geometry. The objective is to be able to control the initial conditions and to avoid the side effects of agitation to focus on the mixture. For this, we chose a mixer in a T shape with two perpendicular inputs. Exploring 2D velocity and scalar concentration fields in this T-junction is provided simultaneously of optical techniques (PIV and PLIF). Observations show a significant effect on the hydodynamic and mixture related to the presence of polymers in the flow. In addition, results are used to calculate the Reynolds stress uv and the scalar flux vc and uc. They will be used to check their compliance with the k epsilon model that commonly used in industry

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Raynal, Ludovic. "Instabilité et entrainement à l'interface d'une couche de mélange liquide-gaz." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10222.

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Abstract:

Le present travail concerne l'etude d'une couche de melange entre une phase liquide lente et une phase gazeuse rapide. Cette etude s'inscrit dans le cadre des recherches sur les mecanismes de brisure primaire appliquees au probleme de combustion dans les moteurs fusee. Nous nous sommes interesses a determiner experimentalement des grandeurs globales caracteristiques de l'entrainement comme la longueur de dard liquide, c'est a dire la longueur de coherence du jet liquide, et l'angle d'ouverture du spray, ainsi que les mecanismes fins de l'instabilite de cet ecoulement cisaille. La modification de la tension de surface et de la viscosite du liquide a permis de montrer que la longueur de dard n'est correlee ni par le nombre de weber ni par le nombre de reynolds liquide. On montre que le parametre principal qui quantifie l'entrainement de liquide, et qui donc fixe cette longueur, est le rapport des flux de quantite de mouvement. Une correlation impliquant ce parametre et le nombre de reynolds de l'ecoulement de gaz est proposee. L'angle d'ejection est quant a lui essentiellement constant si l'on se place dans le referentiel lie a l'interface, il vaut alors approximativement 50 degres. Ces deux resultats experimentaux sont confortes par des modeles simples. La destabilisation de l'interface et sa dependance sur les conditions initiales sont bien predites par une analyse de stabilite lineaire de l'ecoulement liquide-gaz. Il s'avere que la longueur et la vitesse caracteristiques du probleme sont respectivement fixees par l'epaisseur de vorticite du profil de vitesse du gaz et par la moyenne des vitesses des courants ponderees par la racine de leur densite. Ce resultat est obtenu quelque soit la nature des ecoulements (laminaires ou turbulents) en sortie d'injecteurs. Enfin, les mecanismes possibles gouvernant la formation des gouttes a partir des perturbations de surface sont discutes.

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Primel, Antoine. "Étude du comportement d'un mélange de fluide supercritique et de polyuréthane thermoplastique pour une application de pièces automobiles." Thesis, Lorient, 2015. http://www.theses.fr/2015LORIS378.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement d’un mélange de fluide supercritique(diazote ou dioxyde de carbone) et de polyuréthane thermoplastique àl’état fondu lors de la mise en œuvre de butée d’attaques d’amortisseurs par le procédé d’injection Mucell®. Dans un premier temps, l’état de l’art a été développé dans une synthèse bibliographique qui a permis de décrire les principaux phénomènes intervenants lors de la transformation d’un mélange de fluide supercritique et de polymère en mousse micro-cellulaire. Puis, une étude à l’échelle laboratoire a permis de caractériser et de modéliser le comportement d’un polyuréthane thermoplastique mis en contact avec un fluide supercritique et de déduire les caractéristiques et les comportements essentiels à la compréhension des différents phénomènes rencontrés dans le procédé de mise en œuvre (diffusion, solubilité, nucléation...). Enfin, la dernière partie de ces travaux concerne la mise en application des connaissances précédemment acquise sur les moyens industriels dans le but de d’analyser et de stabiliser le moussage micro-cellulaire généré The aim of this thesis is to study the behavior of a supercritical fluid (nitrogen or carbon dioxide) and thermoplastic polyurethanemeltmix during the production of jounce bumpers by the MuCell® injection molding process. First of all, the state of the art was developed in a literature review which allowed to describe the main phenomena that occur during processing of a mixture of supercritical fluid and polymer in microcellular foam. Then, a study at the laboratory scale allowed to characterize and model the behavior of a thermoplastic polyurethane in contact with a supercritical fluid and deduct the characteristics and behaviors essential to the understanding of various phenomena encountered during the process(diffusion, solubility , nucleation...). Finally, the last part of this work concerns the implementation of previously acquired knowledge on industrial means in order to analyze and stabilize the generated microcellular foam

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Chauvet, Margot. "Extrusion assistée par CO2 supercritique appliquée au moussage d’un biopolymère, le poly(acide lactique), seul ou en mélange à de l’amidon : étude expérimentale et modélisation." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2017. http://www.theses.fr/2017EMAC0008/document.

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Abstract:

Actuellement, les mousses de polymères thermoplastiques (ou plastiques expansés) sont utilisées dans de nombreuses applications de la vie courante. On peut les retrouver dans l’isolation, l’absorption de choc, l’emballage ou encore dans des applications spécifiques du secteur biomédical. Un des inconvénients majeurs est l’utilisation de matières synthétiques. Pour pallier cette problématique, l’utilisation de polymères biosourcés et biodégradables représente une alternative intéressante. L’objectif de ce travail est d’élaborer des mousses de PLA (poly-(acide lactique)), un polymère biosourcé, biodégradable et biocompatible. Pour réaliser ces matériaux poreux, la technique d’extrusion couplée à l’injection de CO2 supercritique est une solution performante. En effet, selon les conditions opératoires et la solubilité du CO2 dans le biopolymère utilisé, son injection dans le fourreau d’une extrudeuse va modifier les propriétés rhéologiques du polymère. Il va, de plus, jouer le rôle d’agent moussant lors de la dépressurisation que subit le polymère au cours de son passage dans la filière. L’avantage de cette technique par rapport aux techniques classiques est, qu’ici, l’agent physique moussant (le CO2) n’est pas toxique, est acceptable d’un point de vue environnemental et ne laisse aucun résidu dans le produit. Ce procédé a montré un grand potentiel pour la création de matériaux poreux avec différentes morphologies. Des mousses avec une porosité supérieure à 95 % ont pu être obtenues. À ces très hautes porosités, deux types de structure ont été observés en fonction de la température : une mousse fortement expansée radialement avec des cellules ouvertes de grande taille, ou une mousse fortement expansée longitudinalement présentant une faible teneur en cellules ouvertes de petite taille. Une étude paramétrique (T, P, % CO2), a été menée avec le PLA seul et en mélange à de l’amidon sous différentes formes. Ce dernier permet d’améliorer la biodégradabilité du PLA et de modifier son comportement durant le moussage. Afin de parvenir à une meilleure compréhension et donc une meilleure maîtrise du procédé, un modèle a été développé. Il s’appuie sur le couplage entre l’écoulement du mélange dans la filière avec les phénomènes de nucléation et croissance des bulles dans ce mélange. Il a été validé grâce à la comparaison avec les résultats expérimentaux préalablement obtenus Nowadays, foams of thermoplastic polymers (or expanded plastics) are used in many applications of day life. They can be found in insulation, shock absorption, packaging or biomedical specific applications. One of the major drawbacks lies in the use of synthetic materials. To overcome this problem, the use of biobased and biodegradable polymers represents an interesting alternative.The aim of this work is to elaborate foams with the biopolymer poly(lactic acid), PLA. To manufacture such a porous material, the process of extrusion assisted by supercritical CO2 is an efficient solution. Indeed, depending on operating conditions and CO2 solubility in the biopolymer, its injection in the barrel of an extruder modifies the rheological behaviour of the polymer. It also plays the role of an expansion agent during the depressurization undergone by the polymer while flowing through the die. The main advantages in comparison with traditional methods, are that, here, the physical blowing agent (CO2) is not toxic, environmentally friendly while leaving no residue in the final product. This process shows great potential for the creation of porous materials with different morphologies. Foams with porosity as high as 95 % have been produced. For such a high porosity, two structures have been observed: foams with a large radial expansion with only open cells of large size, or foams with a large longitudinal expansion with low content of open cell having small size. A parametric study (T, P, CO2 %) was conducted with PLA both pure and mixed with starch in various forms. The latter makes it possible to improve the biodegradability of the PLA and to modify its behaviour during the foaming. Modelling of the process could allow a better understanding. A model based on the coupling between the polymer flow in the die with the nucleation and growth phenomena, has been developed. It has been validated by comparison with the experimental results previously obtained

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Kao, Pai-Ling. "Étude numérique des instabilités convectives et des structures cohérentes dans des couches de mélange libres ou décollées." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT012H.

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Abstract:

Les études numériques d'une couche de mélange et d'une marche descendante bi-dimensionnelles sont réalisées avec la méthode semi-déterministe afin d'étudier les comportements des instabilités convectives, ainsi que les mouvements cohérent, incohérent et cohérent instationnaire dans celles-ci. Dans un premier temps, nous validons notre code de calcul en calculant des couches de mélange non-visqueuses ou visqueuses ayant un profil de vitesse en tangente hyperbolique. Les résultats sont compares aux travaux de Michalke. Ensuite, nous étudions le rapport entre le profil de vitesse initial et la fréquence la plus amplifiée induisant les structures cohérentes dans une couche de mélange visqueuse. Les interactions non linéaires des structures sont également analysées. Ayant des résultats dans les couches de mélange visqueuses, nous continuons de calculer les mêmes configurations avec la méthode semi-déterministe en prenant un modèle de turbulence à deux équations (k-epsilon). Les influences de la turbulence sur les instabilités convectives sont examinées à travers des comparaisons de ces deux types d'écoulement. De plus, les mouvements cohérent, incohérent, cohérent instationnaire et les transferts énergétiques entre eux sont étudiés respectivement. Dans la dernière partie, la méthode semi-déterministe est appliquée dans la marche descendante de Driver et al. Les instabilités et les structures cohérentes sous influence de la zone de recirculation sont analysées.

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Guyez, Estelle. "Mélange d'interfaces de densité en écoulements de Taylor - Couette." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00081798.

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Abstract:

Cette thèse est une étude expérimentale sur mélange par des écoulements anisotropes turbulents en fluide stratifié. Il s'inscrit dans un projet sur l'étude globale de la structure de l'océan, principalement de sa couche supérieure. Le mélange est étudié en détail, à partir d'expériences réalisées en bicouche de densité dans un dispositif Taylor - Couette. En régime laminaire, le transport dans les zones initialement homogènes est moins intense que le flux de matière arrachée au niveau de l'interface. De multiples interfaces de densité apparaissent et leur action combinée contrôle les flux verticaux de densité. En régime turbulent, on trouve une relation entre flux et gradient de densité qui prédit un flux maximum pour des nombres de Richardson RIO d'environ 10. Un regain d'efficacité est observé pour les très grandes valeurs de RIO. Ces résultats vont dans le sens de la théorie de Balmforth (1998). Pour ces fortes valeurs de RIO, l'observation de l'écoulement par L.I.F., indique une activité intense des ondes et la présence de structures turbulentes de très petites échelles.

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Touitou, Floriane. "Caractérisation des panaches thermiques dans un fluide à viscosité variable : Application à l'entraînement et au mélange dans le manteau terrestre." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066127.

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Abstract:

Origine probable du volcanisme intraplaque (ou points chauds), les panaches du manteau terrestre ne cessent aujourd'hui de fasciner la communauté scientifique par l'hétérogénéité du matériel qu'ils échantillonnent à la surface de notre planète. Afin de caractériser et quantifier le rôle des panaches dans l'entraînement et le mélange du manteau, nous avons mis en place un modèle en laboratoire de panache thermique laminaire à haut nombre de Prandtl, dans un fluide dont la viscosité dépend fortement de la température. A travers un dispositif de visualisation simultanée et non intrusive de la température, vitesse et marqueurs passifs, l'étude décrit avec précision la phénoménologie du panache et propose des lois d'échelle pour la vitesse et la température de la tête et du conduit du panache. On montre notamment une forte dépendance des grandeurs avec le nombre de Rayleigh et le rapport de viscosité. Par l'intermédiaire d'un code de re-création du déplacement de marqueurs numériques à partir des champs de vitesse expérimentaux, l'étude montre que le conduit chaud est constitué uniquement de matériel ayant transité par la couche limite thermique, au fond de la cuve. Étiré sous forme de fins filaments, il est transporté dans le conduit sans mélange latéral. Quant au grossissement de la tête, il est dû à l'alimentation en fluide chaud par le conduit et l'incorporation par diffusion-convection de fluide ambiant. Notre étude valide l'un des principaux modèles d'entraînement (filaments) sans rejeter les modèles historiques (modèle concentrique et de "pancakes") dont on pointe l'origine des différences. Enfin, modèle et lois d'échelle sont appliquées au point chaud d'Hawaï.

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Khouzam, Ali. "Étude analytique et numérique de la thermodiffusion en fluide binaire en présence de convection mixte." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2142/.

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Abstract:

Lorsqu'on soumet une solution initialement homogène, constituée d'au moins deux espèces chimiques, à un gradient thermique, celui-ci engendre un transfert de matière au sein du mélange. Il en résulte la formation d'un gradient de concentration : ce phénomène est appelé thermodiffusion ou effet Soret. La thermodiffusion pure conduit à une très faible séparation des espèces. Le couplage de la thermodiffusion et de la convection naturelle appelée diffusion thermogravitationnelle peut conduire à une séparation des constituants du mélange beaucoup plus importante que celle induite par la thermodiffusion seule. Dans ce mémoire, nous proposons un nouveau dispositif de cellule thermogravitationnelle avec cavité rectangulaire horizontale, de grand rapport d'aspect, remplie d'un fluide binaire. Cette thématique qui consiste à mettre en mouvement, avec une vitesse uniforme la paroi supérieure (ou les parois supérieure et inférieure) de la cavité, permet de disposer de deux paramètres de contrôle que l'on peut faire varier indépendamment l'un de l'autre contrairement à ce qui est fait habituellement dans les colonnes de diffusion thermogravitationnelle où c'est le seul gradient thermique imposé qui induit l'importance de la thermodiffusion et celle du mouvement convectif. Nous avons étudié le problème en considérant deux types de conditions aux limites au niveau des parois horizontales : Températures constante et flux de chaleur constant et uniforme. Le problème considéré dépend de six paramètres adimensionnels, le rapport d'aspect A, le nombre de Lewis Le, le nombre de Prandtl Pr, le facteur de séparation ?, et les deux paramètres de contrôle, à savoir le nombre de Rayleigh thermique et le nombre de Péclet. Nous avons déterminé analytiquement la séparation (la différence des fractions massiques entre les deux extrémités de la cellule) en fonction du nombre de Péclet et du nombre de Rayleigh. Des simulations numériques directes, 2D et 3D, ont montré un très bon accord entre les résultats numériques et analytiques. Nous avons également étudié la stabilité linéaire de l'écoulement monocellulaire permettant d'assurer la séparation des espèces entre les deux extrémités de la cellule. Nous avons montré que le nombre de Rayleigh conduisant à la séparation optimale reste inférieur au nombre du Rayleigh critique conduisant à la perte de stabilité de cette écoulement monocellulaire. L'écoulement monocellulaire perd sa stabilité via une bifurcation de Hopf et donne lieu à un écoulement multicellulaire instationnaire In the present work, an analytical and numerical study to determine the species separation process in a binary fluid mixture by decoupling the thermal gradient from the convective velocity was performed. The configuration considered is a horizontal rectangular cavity of large aspect ratio, filled with a binary fluid. A constant tangential velocity is applied to the upper horizontal wall only, or to the upper and bottom wall. Species separation is governed by two control parameters, the temperature difference and the velocity of the upper plate. The intensity of the thermodiffusion is controlled by the temperature gradient, while the velocity controls the convective flow. Two types of horizontal wall boundary conditions were investigated: a constant temperature and constant wall heat flux. The governing parameters of the problem are the aspect ratio, A, the Lewis number, Le, the Prandtl number, Pr, the separation ratio, ?, and the tow control parameters: the thermal Rayleigh number, Ra and the Péclet number Pe. The separation (mass fraction difference between the two ends of the cell) is obtained analytically as a function of Péclet number and Rayleigh number. The numerical results, obtained using the full governing equations, are in good agreement with the analytical results based on a parallel flow approximation. Linear stability analysis of the unicellular flow is also performed. We have shown that the Rayleigh number leading to optimal separation remains below the critical Rayleigh number leading to the loss of stability of the unicellular flow. The unicellular flow loses its stability via a Hopf bifurcation and gives rise to a multicellular unsteady flow

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Hanouzet, Romain. "Propagation et mélange d'un fluide léger issu d'une source de flottabilité : application aux incendies dans les galeries souterraines à forte pente." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0083.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la sécurité incendie appliquée au projet Cigéo. Ce site est constitué d'un réseau de galeries complexes présentant localement des pentes importantes (10-15 \%). Sur ce type d'installations, la maîtrise du risque incendie est primordiale. Dans ce type de configuration l'impact de la pente sur la propagation des fumées apparaît comme une problématique majeure. En effet, la phase de propagation des fumées est importante d'un point de vue de la détection d'un incendie. Pour répondre à ces enjeux, des essais de propagation d'un fluide léger issu d'un volume fixe, appelé courant de densité, sont réalisés de quantifier l'impact du confinement, de la différence de masse volumique ainsi que de la pente sur les lois de propagation établies dans la littérature dans le cadre d'un milieu ambiant infini. Les résultats ont permis de proposer un nouvel adimensionnement prenant en compte les effets d'écarts de masse volumique importants. Des expériences sur la propagation et la stratification d'un fluide léger issu d'une source continue ont été réalisés. Lorsque le tunnel est incliné, deux nappes se forment : en partie haute la nappe de fluide léger est évacuée par flottabilité et en partie basse une nappe de retour stable se forme. Les essais permettent de mettre en évidence la dépendance de la longueur de cette nappe en fonction de la masse volumique de la source ainsi que de l'inclinaison du tunnel. De plus, la pente du tunnel favorise la propagation du fluide léger en aval et augmente la déstratification de la nappe ainsi formée This thesis is in the framework of the fire safety applied to the french project Cigéo. This facility is composed by a complex gallery network with high local slope (10-15 \%). Control of the fire risk is essential in order to limit potential damage on this facility. The impact of the slope of the tunnel on the propagation of smokes appears to be a main issue. Experiments on the propagation of a light fluid from a fixed volume, called gravity current, are made in order to quantify the impact of confinement, density difference and slope of the tunnel on the spreading laws established in the litterature for an open ambient case. New dimensionless parameters are proposed in order to take into account the effect of large density difference. An experimental study is presented on propagation and stratification of a light fluid from an continuous source. When the tunnel is inclined, two flows are formed: in the upper part, the light fluid is evacuated by buoyancy and in lower part, a backlayer is formed. Experiments highlights the dependance of the backlayer lenght as a function of the source buoyancy flux and the slope of the tunnel. The propagation rate of the light fluid in the upper part is increased by the slope of the tunnel. Consequently, the shearing stress is increased and the light fluid is destratified

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Belghazi, Mourad. "Condensation d'un fluide pur et de mélanges zéotropes à l'extérieur d'un faisceau de tubes à surface améliorée." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10055.

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Luo, Haining. "Simulation numérique directe pour un écoulement turbulent dans un T-jonction d'un fluide non-Newtonien." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEC026/document.

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Abstract:

Une configuration en T-jonction a été étudiée pour sa simplicité en géométrie en comparant avec d’autres mélangeurs en industrie. Plus particulièrement, j’ai effectué des simulations numériques directes avec OpenFOAM des T-jonction convergent à section circulaire et rectangulaire. Les fluides Newtonien et non-Newtonien (modèle Bird-Carreau) ont été pris en compte. Dans un premier temps, j’ai comparé mes données avec le travail expérimental de Nguyen [1] sur le T-jonction circulaire en régime deflecting. J’arrive à valider la DNS avec les données expérimentales. L’organisation des structures cohérentes sont illustrées en régime laminaire et turbulent en Newtonien et en non-Newtonien. Dans un deuxième temps, j’ai simulé deux régimes (deflecting et impinging) dans un T-jonction rectangulaire en Newtonien et en non-Newtonien. J’ai montré l’existence de structures cohérentes (par example kidney vortex) qui servent de moteur au mélange du scalaire passif propre au non-Newtonien. L’efficacité de mélange est augmentée en régime impinging par rapport au régime deflecting. Le shifting du pic de turbulence est observé uniquement en régime impinging For the simplicity in geometry by comparing it with other mixers in the industry, flows in T-junction configuration have been studied. More specifically, Direct Numerical Simulations is carried out using OpenFOAM on a convergent T-junction configuration with circular and rectangular cross-section. Both Newtonian and non-Newtonian fluids (Bird-Carreau model) are taken into account. Firstly, DNS data is compared to Nguyen’s experimental work on the circular T-junction at regime deflecting [1]. Good agreement between simlation and experiment is achieved. The organization of coherent structures is illustrated in laminar and turbulent for both Newtonian and non-Newtonian cases. Secondly, two flow regimes (deflecting and impinging) are simulated in a rectangular T-junction for the same Newtonian and non-Newtonian fluids. The existence of non-Newtonian coherent structures (e.g. kidney vortex ) is shown. These structures are regarded as essential mixing mechanism of passive scalar mixing. The mixing efficiency is increased in regime impinging compared to regime deflecting. The shifting of the turbulence peak is only observed in regime impinging

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Cotte, Laura. "Devenir des éléments métalliques en milieu hydrothermal profond : partition dissous-particulaire effective et spéciation dans le mélange fluide hydrothermal-eau de mer précoce." Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0116/document.

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Abstract:

Quarante ans après la découverte de la circulation hydrothermale profonde, les processus chimiques se produisant dans le mélange entre le fluide hydrothermal et l’eau de mer restent mal contraints. Ce travail de thèse, dont l’originalité repose sur l’utilisation systématique de la filtration in situ, présente le partitionnement effectif des éléments métalliques majeurs (principalement Fe, Cu, Zn, Ba et Ca) entre les phases dissoutes (< 0,45 μm) et particulaire (> 0,45 μm) dans le mélange précoce-intermédiaire de plusieurs fumeurs du champ hydrothermal Lucky Strike (37°N, MAR). Le comportement et la spéciation du Cu dans la fraction dissoute sont ensuite explorés plus en détail par le biais de compétitions de ligands et de mesures voltamétriques. Nos résultats démontrent en premier lieu l’importance de la filtration in situ pour s’affranchir des biais induits par le prolongement des réactions de précipitation ou de redissolution pouvant se produire lors de la remontée des échantillons. L’examen des fluides collectés à différentes reprises et sur une large panoplie de fumeurs (240 échantillons) démontre une variabilité spatiale des signatures chimiques le long de l'axe est-ouest du champ hydrothermal. Parmi les métaux étudiés, Fe, Ca et Ba sont principalement mesurés sous forme dissoute tandis que Cu et Zn sont majoritairement particulaires. Dans le mélange initital (50‒150°C, dMn > 50 μM), le pool de particules est dominé par de la sphalérite (ou wurtzite) et de la chalcopyrite, avec généralement moins de pyrite. Dans cette zone, les changements chimiques semblent cinétiquement limités et les fluides échantillonnés présentent une signature chimique proche de celle du fluide pur. Cependant, à mesure que le fluide hydrothermal se mélange à l'eau de mer (4‒50°C, dMn < 50 μm), le partitionnement de certains métaux alcalins et alcalinoterreux (Ca, Ba, Mg et Sr) entre les deux phases est profondément affecté par la précipitation de sulfates. Contrairement aux prédictions thermodynamiques, la précipitation d’anhydrite, de barite et potentiellement de caminite est observée dans la partie relativement froide du mélange (4-50°C). L’augmentation importante du pH dans cette zone conduit également à l’initiation de la précipitation d’oxydes de Fe. Enfin, dans la phase dissoute, les ligands du Cu semblent être principalement des sulfures inorganiques issus du fluide hydrothermal Forty years after the discovery of deep hydrothermal circulation, chemical processes occurring in the early mixing between hydrothermal vent fluids and deep seawater are still not fully constrained. This thesis, whose the originality lies on the systematic use of in situ filtration, report on the partitioning of major metals (mainly Fe, Cu, Zn, Ba and Ca) between the dissolved (< 0.45 μm) and particulate (> 0.45 μm) phases in the early mixing of several black and clear smokers from the Lucky Strike vent field (37°N, MAR). The behavior and the speciation of Cu in the dissolved fraction are then deeper explored by performing ligands competition and voltammetric measurements. Our results first demonstrate the importance of the in situ filtration to restrict the bias induced by precipitation reactions or particles redissolution potentially occurring postsampling.The examination of the fluids collected at several occasions and on a wide range of smokers (240 samples) shows a spatial variability of chemical signatures along the east-west axis of the hydrothermal field. Among metals studied, most of Fe, Ca and Ba are measured as dissolved species whereas Cu and Zn are mainly found as particles. In the initial part of the mixing (50-150°C, dMn > 50 μM), the particulate pool is dominated by sphalerite (or wurtzite) and chalcopyrite, with generally lower amount of pyrite. In this zone, chemical changes seem kinetically limited and fluids collected display a chemical signature close to that of the end-members. However, as the hydrothermal fluid progressively mixes with seawater (4-50°C, dMn < 50 μm), the partitioning of some alkali and alkaline earth metals (Ca, Ba, Mg and Sr) between the two phases is deeply affected by precipitation of sulfates. Unlike thermodynamic predictions, precipitation of anhydrite, barite and potentially caminite is observed in the colder part of the mixing (4-50°C). The large increase of pH in this area also drives the beginning of Fe oxides precipitation. Finally, the dissolved Cu-ligands detected seem to be mainly inorganic sulfides originating from the hydrothermal fluid

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Fontaine, Alain. "Interaction entre une onde acoustique et un fluide : application à la thermoacoustique et à la séparation des constituants d'un mélange binaire par onde ultrasonore." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1949/.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'intéresse à deux problématiques mettant en jeu des interactions entre fluide et ondes acoustique. Dans la première partie, on présente la modélisation numérique d'un réfrigérateur thermoacoustique, dispositif dans lequel une acoustique permet d'engendrer une différence de température de part et d'autre d'une paroi solide. On s'intéresse particulièrement à l'influence de la loi d'état du gaz sur l'effet thermoacoustique. Dans la deuxième partie, on présente une nouvelle configuration pour la séparation des espèces d'un mélange binaire. Il s'agit de générer un écoulement monocellaire dans une cavité rectangulaire en microgravité, à l'aide d'ondes ultrasonores. Nous y exposons l'étude analytique, numérique ainsi que l'étude de stabilité de cette configuration In the present work, we study the interaction between an acoustic wave and a compressible and incompressible fluid. In the first part, we present the numerical study of a thermoacoustic refrigerator and more particularly the influence of the gas state equation on the thermoacoustic effect. Thermoacoustic heat pumping is a complex phenomenon which leads to a hydrodynamic heat flux in the thermal boundary layer near a porous medium, due to acoustic waves. The second part deals with the influence of acoustic streaming on species separation of a binary mixture in a shallow cavity cell subjected to temperature gradient and under microgravity. The unicellular flow inducted by the streaming may lead to significant species separation. Analytical results are corroborated by direct numerical simulations. Then, a linear stability analysis of the unicellular flow is performed

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Morscheidt, Willy. "Modélisation d'un réacteur RF à couplage capacitif en mélange Ar-O2 dans les conditions utilisées pour le procédé de dépôt par voie plasma d'oxyde d'étain." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066266.

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Zhang, Fan. "Intensification du procédé antisolvant supercritique (SAS) par l'usage de microréacteur sous pression." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0269.

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Abstract:

Dans le cadre de cette thèse, nous nous proposons d’étudier le comportement thermo-hydrodynamique d’un mélange solvant/antisolvant supercritique dans une puce microfluidique, pour des conditions utilisées dans le procédé SAS (Supercritical Antisolvent System). Ce travail se base sur une approche complémentaire expérience/simulation via l’utilisation de techniques de recherches avancées telles que la caractérisation in situ sur puce microfluidique (micro-PIV – micro Particle Image Velocimetry) et la simulation numérique intensive. L’objectif de la thèse est de définir les conditions favorables à un « très bon » mélange (total et rapide) des espèces en termes de vitesse, température, pression et « design » d’injecteur. Les simulations sont effectuées avec le code de calcul Notus, massivement parallèle. Après un premier chapitre détaillant l’état de l’art sur les procédés antisolvant supercritiques, puis un second concernant les méthodologies utilisées (modèle numérique, outils microfluidiques), nous comparons dans un premier temps les résultats des simulations numériques à ceux obtenus avec les expériences de micro-PIV en écoulement laminaire. La comparaison est très bonne pour l’ensemble des expériences réalisées. Le code de calcul ainsi validé, nous proposons d’utiliser l’outil numérique comme véritable outil de recherche des meilleures conditions opératoires pour favoriser le mélange. Pour cela, des simulations du mélange de deux fluides (typiquement CO2 et éthanol) sont effectuées pour différentes conditions opératoires (vitesse, température, pression) pour des conditions laminaires mais également en conditions turbulentes, régime rarement atteint à ces échelles de réacteur. En effet, nous avons montré expérimentalement que le régime turbulent pouvait être atteint dans le microcanal grâce à la technologie « microfluidique haute pression » développé au laboratoire. L’étude de la qualité du mélange se base sur deux critères communément utilisées dans la littérature. Le premier est l’index de ségrégation basé sur la variance du champ de concentration ou fraction massique dans notre cas. Celui-ci peut être estimé pour tous les cas de simulation, du laminaire au turbulent. Le deuxième critère est le temps de micromélange basé sur l’estimation du taux de dissipation de l’énergie cinétique turbulente. Celui-ci est calculé uniquement dans les cas turbulents car basé sur les fluctuations des vitesses par rapport à la valeur moyenne. Un des intérêts majeurs de l’utilisation des puces microfluidiques réside notamment dans ses faibles échelles de temps et d’espace. D’un point de vue numérique, de telles échelles permettent, dans des temps de calcul raisonnables, de proposer des simulations numériques directes (DNS), i.e., dont les plus petites mailles sont inférieures ou très proches de l’échelle de Kolmogorov. Ceci est de tout premier intérêt car nous sommes capables de capter les plus petites échelles du mélange et notamment le micromélange. Ainsi, les résultats de simulation nous ont permis de proposer une analyse fiable du mélange d’un point de vue qualitatif et quantitatif, faisant la preuve que les conditions de mélange dans ce type de dispositif sont particulièrement favorables pour l’élaboration de matériaux par antisolvant supercritique. Les conditions optimales de mélange ainsi déterminées, nous proposons dans une dernière partie de simuler la synthèse de nanoparticules organiques dans de tels dispositifs. L’approche numérique est basée sur un couplage des équations de la mécanique des fluides et d’une équation de bilan de population permettant de prendre en compte la nucléation et croissance des particules. Les résultats de simulation ont été comparés avec succès avec ceux expérimentaux obtenues au laboratoire In the context of this thesis, we propose to study the thermo-hydrodynamic behavior of a mixture, a solvent and a supercritical antisolvent (CO2) in a microfluidic chip, for conditions used in the Supercritical Antisolvent (SAS) process. This work is based on a complementary approach of both experiments and simulations through the use of advanced research techniques, such as the in situ characterization inside the microfluidic reactor (Micro-Particle Image Velocimetry) and the High Performance Computing. The objective of the thesis is to determine the favorable conditions for a "very good" mixture (total and fast) of species in terms of velocity, temperature, pressure and injector "design". The simulations are performed with the massively parallel code Notus. After the first chapter detailing the state of the art on the supercritical antisolvent processes, then the second concerning the applied methodologies (numerical model, microfluidic tools), we first compare the results of the numerical simulations to the experimental data obtained by micro-PIV in laminar flow conditions. The simulation results are in good agreement with the experiments. After the validation of the numerical code, we propose to use the numerical tool to determine the optimal operating conditions of mixing. For this, simulations of the mixture of two fluids (typically CO2 and ethanol) are performed for different operating conditions (velocity, temperature, pressure) for laminar conditions but also for turbulent conditions, a regime rarely reached in microreactors. Indeed, we have shown experimentally that the turbulent mixing could be reached in the microchannel thanks to the "high pressure microfluidic" technology developed in the laboratory. The study of the mixing quality is based on two criteria commonly used in the literature. The first is the segregation intensity based on the variance of the ethanol concentration. This can be estimated for all simulation cases, from laminar to turbulent mixing. The second criterion is the micromixing time related to the turbulent kinetic energy dissipation rate directly estimated from the local velocity fluctuations in turbulent flow conditions. One of the major interests of the use of microfluidic reactors lies especially in its small scales of time and space. From a numerical point of view, such scales allow, within reasonable CPU time, to perform direct numerical simulations (DNS), i.e., in which the grid size is smaller or very close to the Kolmogorov scale. This is of primary interest because we are able to capture the smallest scales of the mixture including the micromixing. Thus, the simulation results allow us to propose a reliable analysis of the mixture from both qualitative and quantitative point of view, proving that the mixing conditions in this type of device are particularly favorable for the material synthesis by supercritical antisolvent. After determining the optimal mixing conditions, we propose in a final part to simulate the synthesis of organic nanoparticles in such devices. The numerical approach is based on the coupling between the CFD code and a population balance equation to take into account the nucleation and growth of particles. The simulation results are also in a good agreement with the experimental measurements performed in the laboratory

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Tchangnwa, Nya Fridolin. "Transition fluide-verre et verres multiples dans les suspensions colloïdales par la théorie du couplage de mode : rôle de la structure statique." Thesis, Paris Est, 2012. http://www.theses.fr/2012PEST1161.

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Abstract:

La théorie de couplage de mode (MCT) est l'une des méthodes les plus utilisées pour étudier les transitions vitreuses dans les fluides classiques. Ses prédictions sont en général en accord semi quantitatif avec les simulations. Sa mise en oeuvre nécessite la détermination de la structure statique, généralement par résolution des équations d'Orsntein-Zernike avec une fermeture adéquate. Partant de fermetures utilisant des fonctions « bridges » déduites de la fonctionnelle de référence du mélange de sphères dures, notre travail a consisté d'abord à étudier l'influence de la qualité de cette structure statique sur les prédictions relatives aux états non ergodiques dans des mélanges binaires dissymétriques. Nous avons ensuite considéré les résultats de la théorie du couplage de modes dans sa version naïf (NMCT ) et complète, afin d'analyser les mécanismes d'arrêt, les comparer au fluide effectif et aux approches stochastiques (équations de Langevin généralisées). Enfin, nous proposons une version pragmatique de cette méthode qui fournit des prédictions en meilleur accord quantitatif avec les résultats des simulations pour une variété de potentiels d'interaction The mode coupling theory (MCT) is one of the most widely used methods for studying the glass transition in classical fluids. Its predictions are usually in semi-quantitative agreement with simulation. Its implementation requires the determination of the static structure usually from the Ornstein-Zernike equations with a suitable closure. Starting from closures that use bridge functions deduced from the hard-sphere reference functional, our work consisted first in studying the influence of the quality of this static structure on the predictions concerning the non-ergodic states in asymmetric binary mixtures. We next considered the results of the mode coupling theory in its naive and full versions, in order to analyze the arrest mechanisms and compare them to the effective fluid and the stochastic approaches (generalized Langevin equations). Finally, we propose a pragmatic version of this method that provides predictions in better quantitative agreement with simulations for a variety of interaction potentials

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Py, Charlotte. "Couplage entre la dynamique du vent et le mouvement d'un couvert végétal." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011511.

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Abstract:

Les fluctuations dominantes du vent au-dessus des couverts végétaux sont régies par une instabilité de type couche de mélange (ou Kelvin-Helmholtz), liée à l'inflexion du profil devent moyen au niveau du sommet du couvert. La thèse porte sur l'analyse du couplage entre la dynamique du vent et l'ondulation des cultures sous le vent. Une technique expérimentale innovante a été développée pour mesurer, sur site et de manière non-intrusive, le mouvement global d'une culture. Le mouvement d'un champ de blé ou de luzerne est filmé en présence de vent. Puis, par une analyse de corrélation entre images, fondée sur des algorithmes de PIV (Particle Image Velocimetry), on en déduit le champ de vitesse bi-dimensionnel spatio-temporel de la surface du couvert végétal. La partie cohérente du mouvement est ensuite extraite à l'aide d'une décomposition bi-orthogonale du champ de vitesse. On montre que les propriétés spatiales et temporelles correspondantes ne peuvent s'expliquer à l'aide du modèle de la couche de mélange du vent, qui constitue l'approche la plus courante dans ce contexte. En particulier, on démontre le rôle de la dynamique des plantes, à travers leur fréquence propre, dans la sélection de fréquence et de longueur d'onde du mouvement cohérent du couvert végétal. Un modèle couplé, dans lequel les fluctuations du vent et le mouvement du couvert végétal interagissent à travers un terme de traînée est ensuite proposé. Une analyse de stabilité linéaire permet de mettre en évidence un mécanisme d'accrochage, par lequel la fréquence de l'instabilité dévie de la loi de Kelvin-Helmholtz et s'accroche sur la fréquence propre des plantes. Ce résultat est ensuite comparé avec les donnnées expérimentales des mesures sur site, et un bon accord qualitatif et quantitatif est obtenu avec le comportement des longueurs d'onde et fréquences de l'ondulation des cultures.

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Ali, Samer. "Concept innovant d'échangeur/réacteur multifonctionnel par contrôle dynamique passif par générateurs de vorticité flexibles." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0034/document.

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Abstract:

Le but de cette étude est d’étudier l’utilisation d’interactions fluide-structure (FSI) pour améliorer le transfert de chaleur et les performances de mélange dans des échangeurs-réacteurs multifonctionnels, et d’évaluer des configurations pour lesquelles l’objectif est de produire et de maintenir un régime dynamique auto-entretenu d’oscillations des générateurs de tourbillons flexibles. Dans un premier temps, deux études numériques ont été réalisées pour des écoulements laminaires bidimensionnels. Les résultats montrent qu’un minimum de trois générateurs de tourbillons alternés est nécessaire pour produire une instabilité qui engendre les oscillations de larges amplitudes. L’ajout de deux promoteurs coplanaires en amont déstabilise l’écoulement en créant des forces périodiques agissant sur les générateurs de tourbillons en aval. Il en résulte une augmentation de la vitesse réduite qui impose un blocage en fréquence des oscillations des générateurs de tourbillons en aval. Dans cette configuration, des oscillations de larges amplitudes sont obtenues pour uniquement deux générateurs de tourbillons en aval. Les oscillations des générateurs de tourbillons produisent une vorticité intense qui a une incidence positive que le transfert de chaleur et sur le mélange. Dans un second temps, une configuration tridimensionnelle HEV incluant des générateurs de tourbillons trapézoïdaux flexibles orientés a 45◦ vers l’amont est étudiée par simulations numériques. Une analyse FFT réalisée sur les coefficients issus d’une analyse POD montre un pic fréquentiel correspondant aux formations et lâchers tourbillonnaires périodiques. Cette fréquence dominante correspond bien au mode propre d’oscillation des générateurs de tourbillons et engendre ainsi de larges amplitudes d’oscillations The aim of this study is to investigate the use of fluid-structure interaction (FSI) to improve heat transfer and mixing performances in multi-functional heat exchangers/reactors, and to evaluate configuration designs where the main target is to produce and maintain self-sustained oscillations of flexible vortex generators. At first, two dimensional laminar flow studies are numerically investigated. The results show that a minimum of three alternating flaps is needed to produce an instability that leads to large displacement oscillations. However, the introduction of two co-planar flaps upstream destabilizes the flow by creating periodic forces that act on the alternating downstream flaps. Hence, this results in artificially increasing the reduced velocity that will induce the alternating flaps to be in a lock-in state. Thus in this case, large displacement amplitudes are created with two alternating flaps only. The free flaps oscillations produce vortices of higher strength which have a positive impact on heat transfer and mixing. Secondly, a three dimensional HEV configuration with flexible trapezoidal vortex generators inclined with an angle of 45◦ with respect to the wall and reversed opposite to the flow direction is numerically investigated. Fast Fourier Transformation is applied on the temporal variation of the Proper Orthogonal Decomposition (POD) coefficientswhich displays a dominant peak in the flow and corresponds to the vortices periodic formation and detachment. This dominant frequency synchronizes well with the structural oscillation frequency and the fundamental frequency of the tabs reaching a lock-in state and leading to large oscillation amplitudes

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Bardintzeff, Jacques-Marie. "Les nuées ardentes : pétrogenèse et volcanologie." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112253.

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Abstract:

Les nuées ardentes constituent l'un des plus redoutables phénomènes volcaniques. Trois des plus récentes d'entre elles, en contexte de marge active (Santiaguito au Guatemala) ou d'arcs insulaires (Soufrière de Saint-Vincent aux Antilles et Merapi en Indonésie), sont choisies en exemples d’études. Leurs dynamismes volcaniques diffèrent : la Soufrière de Saint-Vincent émet des nuées ardentes verticales, le Santiaguito des nuées ardentes dirigées et le Merapi des nuées d'avalanches. Leurs pétrographies et leurs minéralogies sont celles des séries andésitiques, mais certaines nuées (Saint-Vincent) recèlent, en plus, une paragenèse calce-alcaline profonde. Les verres, abondants dans les nuées ardentes, présentent une variété chimique, qui, parfois, témoigne d'un mélange de magmas. Leurs morphologies (MEB), ponceuses ou massives et anguleuses, diffèrent selon qu'il s'agit de verres juvéniles, ou de verres anguleux, provenant de la pulvérisation de la mésostase d'anciennes laves. Les nuées ardentes d’explosion ont une granulométrie spécifique, différente notamment de celles des nuées d'avalanches. Cinq types de nuées ardentes sont distingués : 1. Les nuées d'avalanches : (1a) le type Merapi, issu de la pulvérisation d'un dôme entièrement solide et (1b) le type Arenal, issu de la pulvérisation d'un dôme dont l'intérieur est encore liquide. 2. Les nuées ardentes sensu stricto : (2a) le type Santiaguito, où l'apport de magma juvénile est faible, l'explosivité résultant de la richesse en fluides d'une lave acide visqueuse (dacite), (2b) le type Pelée, nuée dirigée, associée à un dôme et (2c)le type Saint-Vincent, nuées verticales à partir d'un cratère ouvert, le magma juvénile basique intervenant en quantité importante. Parmi toutes les causes favorisant le déclenchement des nuées ardentes (contrôle tectonique, cumulation et flottation dans la chambre magmatique, résistance du toit du volcan), deux facteurs jouent un rôle prépondérant : les hautes teneurs en éléments volatils (eau essentiellement, d'origine profonde ou superficielle) et les mélanges de magmas. Ces deux facteurs modifient les conditions thermodynamiques régnant dans la chambre magmatique et favorisent la vésiculation des magmas. Si un mélange de magmas est responsable des nuées (2b) et (2c), les fortes teneurs en fluides induisent plutôt le déclenchement des nuées (1a), (1b) et (2a) Nuées ardentes are one of the most hazardous volcanic events. Three of these most recent volcanic events are studied. They were chosen in an active margin (Santiaguito, Guatemala), as well as in island arcs (St. Vincent Soufrière Volcano, West-Indies and Merapi, Java). Volcanic styles are different: St. Vincent Soufrière Volcano produces vertical nuées ardentes, Santiaguito low angle nuées ardentes, and Merapi collapse nuées ardentes. Their petrography and mineralogy are typical of andesitic trends. In addition, some nuées ardentes (St. Vincent) contain high pressure calk-alkaline paragenesis. Glasses are abundant in nuées deposits. Their chemical variations testify sometimes for magma-mixing. Two types of glass morphology can be distinguished (SEM) angular fragments are considered as old pulverized mesostases, and pumiceous glasses are considered as products of new magma. Grain sizes of nuée ardente deposits are specific and finer than collapse deposits. Five types of nuées ardentes are distinguished: 1. Collapse nuées ardentes: (1a) Merapi type, resulting of the explosion of a solid dame, and (1b) Arenal type resulting of the explosion of a dame with a liquid interior. 2. Explosion nuées ardentes: (2a) Santiaguito type: a small amount of new magma is produced and high explosiveness is essentially due to abundant volatiles in dacitic magmas, (2b) Pelée type, with law angle nuée related to a dome, and (2c) St. Vincent type with vertical nuée ardente ejected from an open crater. In the last type, large amounts·of basic new magma are produced. Several factors may play a role in the nuée ardente triggering tectonic control, cumulative and flotation processes of phenocrysts in magmatic chamber, breaking strength of the volcano-plug etc. Two of these factors play a more significant role high volatile contents (essentially water of deep or superficial origin), and magma-mixing. These two factors modify the thermodynamical conditions in the magmatic chamber and facilitate the magma vesiculations. Magma-mixing triggers (2b) and (2c) nuées types, and high fluid contents trigger (1a), (1b) and (2a) nuées types

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Décamp, Sabine. "Etude en laboratoire d'un courant de gravité turbulent sur un talus continental." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011713.

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Abstract:

La dynamique des courants de gravité turbulents sur une pente uniforme en rotation est analysée par des expériences. Ces écoulements denses jouent un rôle important en océanographie dans le renouvellement des eaux profondes qui font parties du cycle de convection thermohaline global. La grande cuve tournante Coriolis (LEGI) permet d'étudier à l'échelle du laboratoire un courant de gravité en similitude avec les échelles océaniques. La propagation de ces courants est fortement influencée par la rotation et le mélange turbulent avec le milieu ambiant, et sa dynamique est instable. Les interactions entre le courant et le milieu ambiant liées aux phénomènes d'entraînement et d'extraction de fluide, contrôlent la position de stabilisation du courant le long des côtes, sa densité et sa vitesse. Des lois d'échelle basées sur la conservation du flux de flottabilité sont proposées, décrivant l'évolution des principales caractéristiques de l'écoulement le long de la pente. Elles montrent le caractère auto-similaire du courant de gravité. L'analyse des résultats expérimentaux permet de vérifier ces lois et d'étudier la structure turbulente de l'écoulement. Des instabilités de plus grande échelle sont observées, générant des tourbillons cycloniques qui sont également visibles dans les écoulements océaniques. Leur étude permet de suggérer le mécanisme de leur formation. Les résultats expérimentaux sont comparés par similitude aux mesures in-situ du courant dense s'écoulant par le détroit du Danemark.

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Brouzet, Christophe. "Internal wave attractors : from geometrical focusing to non-linear energy cascade and mixing." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN012/document.

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Abstract:

La cascade d’énergie qui a lieu dans les océans, depuis les grandes vers les petites échelles, est capitale pour comprendre leur dynamique et le mélange irréversible associé. Les attracteurs d’ondes internes font partie des mécanismes conduisant potentiellement à une telle cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions expérimentalement les attracteurs d’ondes internes, dans une cuve trapézoïdale remplie d’un fluide stratifié linéairement en densité. Dans cette géométrie, les ondes peuvent être focalisées vers un cycle limite : l’attracteur. Nous montrons que la formation de l’attracteur est purement linéaire : des petites échelles sont donc créées grâce à la focalisation des ondes. Les principales caractéristiques de l’attracteur dépendent uniquement de la géométrie trapézoïdale de la cuve. A l’échelle de l’océan, nous montrons que les attracteurs d’ondes internes sont très probablement instables. En effet, ceux-ci sont sujets à une instabilité de résonance triadique, qui transfère de l’énergie depuis l’attracteur vers un couple d’ondes secondaires. Cette instabilité et ses principales caractéristiques sont décrites en fonction de la géométrie du bassin. Pour des expériences de longue durée, l’instabilité produit plusieurs paires d’ondes secondaires, créant une cascade d’instabilités triadiques et transférant l’énergie injectée à grandes échelles vers des échelles plus petites. Nous montrons, pour la première fois de façon expérimentale, de très fortes signatures de turbulence d’ondes internes. Au delà de cet état, la cascade atteint un régime de mélange partiel du fluide stratifié. Cet ultime régime apparait indépendant de la géométrie trapézoïdale du bassin, et donc, universel. Cette thèse est complétée par une étude sur la masse ajoutée et l’amortissement par émission d’ondes d’objets oscillant horizontalement dans un fluide stratifié en densité. Cela a des applications concernant la conversion de l’énergie des marées en ondes internes A question of paramount importance in the dynamics of oceans is related to the energy cascade from large to small scales and its contribution to mixing. Internal wave attractors may be one of the possible mechanisms responsible for such a cascade. In this manuscript, we study experimentally internal wave attractors in a trapezoidal test tank filled with linearly stratified fluid. In such a geometry, the waves can form closed loops called attractors. We show that the attractor formation is purely linear: small scales are thus created by wave focusing. The attractor characteristics are found to only depend on the trapezoidal geometry of the tank. At the ocean scale, we show that attractors are very likely to be unstable. Indeed, internal wave attractors are prone to a triadic resonance instability, which transfers energy from the attractor to a pair of secondary waves. This instability and its main characteristics are described as a function of the geometry of the basin. For long-term experiments, the instability produces several pairs of secondary waves, creating a cascade of triadic interactions and transferring energy from large-scale monochromatic input to multi-scale internal-wave motion. We reveal, for the first time, experimental convincing signatures of internal wave turbulence. Beyond this cascade, we have a mixing regime, which appears to be independent of the trapezoidal geometry and, thus, universal. This manuscript is completed by a study on added mass and wave damping coefficient of bodies oscillating horizontally in a stratified fluid, with applications to tidal conversion

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Manuzzo, Roberto. "Magnetopause study by means of a multi-fluid approach." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS537.

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Abstract:

Dans cette thèse, je présente des nouvelles méthodes qui permettent d'obtenir une analyse multi-fluide “réaliste” de la magnétopause de la Terre. Ce but est atteint en trois étapes. L'analyse des données est réalisée grâce à de nouvelles techniques qui relâchent la plupart des hypothèses le plus souvent faites pour ces analyses. Ces techniques aident à distinguer si les variations observées sont causées par les mouvements de la magnétopause ou par la modification de sa structure au cours du temps. Techniques d'optimisation aident à choisir automatiquement les paramètres (seuils) dont les méthodes sont dépendent. Les profils spatiaux fournissent l'information primaire pour un nouveau modèle analytique 3fluides (deux populations ioniques et une population d'électrons), qui permet de faire en sorte que la population de chaque région voit sa densité s'annuler dans la région opposée avec une région de superposition au milieu. Le modèle aide aussi a déterminer dans quelle proportion les deux populations ioniques contribuent à la population ionique globale, même lorsque cette information n'est pas directement accessible dans les données, permettant en particulier d'expliquer la forme de la fonction de distribution ionique. L'équilibre décrit par ces profils analytiques est ensuite perturbé et pris comme condition initiale d'un code 3fluides, qui a été développé dans ce but. Le modèle de la magnétopause montre une instabilité de reconnexion magnétique, en accord avec ce qui est observé dans les données proches du cas analysé et mènent à conclusions en ce qui concerne la distribution spatiale du mélange des deux populations In this thesis, new methods are presented which are able to obtain a "realistic" multi-fluid analysis of the Earth’s magnetopause. This goal is reached in three main steps. The analysis of spacecraft data acquired across the magnetopause is done by means of new techniques which relax most of the hypotheses usually assumed about the observed plasma structures. These techniques help in disentangling the principal causes of misunderstanding in data interpretations by discerning whether the observed variations are due to the magnetopause motion in the spacecraft frame or due to the purely temporal variations of the magnetopause structure. Optimization techniques help in determining automatically the parameters (thresholds) the methods are dependent by.The spatial profiles feed a new 3fluid analytical model (two ion and one electron populations) able to spatially confine the magnetospheric and magnetosheath plasmas in their own regions and letting them to partially overlap close to the contact boundary. This model helps also in determining the two ions contributions to the total ion population where this information is not accessible analyzing the distribution functions. The 3fluid equilibrium computed by the analytical model is then perturbed and evolved in time by means of a new 3fluid numerical code, explicitly coded to take the 3fluid model outputs as inputs. The numerical model of the magnetopause develops a magnetic reconnection instability, in agreement to what is observed close to the analyzed magnetopause crossing and leads to conclusions about the spatial distribution of the mixing processes

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Kessy, Edgard. "Décomposition de domaine et calcul parallèle distribué : application à la mécanique des fluides." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES052.

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Abstract:

Ce travail concerne l'utilisation du parallélisme pour la résolution de certains problèmes de mécanique des fluides. La technique de décomposition de domaine a été appliquée pour résoudre en parallèle des problèmes basés aussi bien sur des schémas explicites qu'implicites. Elle a montré pour ce dernier cas la nécessité d'introduire un retard au niveau de la propagation de l'information lors de la gestion des interfaces entre sous-domaines. Deux exemples de problèmes couplés ont été résolus en parallèle. Le premier traite un problème de couplage fluide-structure appliqué au cas d'un propulseur de moteur fusée, le second exemple étant relatif à un couplage aérodynamique-chimie appliqué à une couche de mélange. La résolution parallèle a été faite sur différentes architectures MIMD à mémoire distribuée, avec l'utilisation des bibliothèques de communication PVM et MPI.

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Hallez, Yannick. "Mélange gravitationnel de fluides en géométrie confinée." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7616/1/hallez.pdf.

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Abstract:

Ce travail basé sur la simulation numérique directe porte sur le mélange en géométrie confinée de deux fluides miscibles de densités différentes. Le mouvement des fluides est induit par la gravité. Différentes géométries sont étudiées : un tube cylindrique, un canal de section carrée et un écoulement purement bidimensionnel. Les simulations numériques confirment pleinement les résultats expérimentaux de Séon et al. en tube cylindrique, avec notamment la mise en évidence de trois régimes différents suivant l’inclinaison du tube. La comparaison des géométries montre que les écoulements tridimensionnels en tube et en canal inclinés présentent des comportements similaires tandis que le « modèle » bidimensionnel est incapable de donner des informations pertinentes sur un écoulement réel tridimensionnel tant au niveau quantitatif qu’au niveau phénoménologique. Une attention particulière est portée à l’analyse conjointe du champ de concentration et de la dynamique tourbillonnaire sous-jacente qui permet d’expliquer plusieurs aspects subtils de la dynamique du mélange.

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Boutin, Guillaume. "Mélange et micro-mélange dans un réacteur à multiples jets cisaillés." Phd thesis, Rouen, 2010. http://www.theses.fr/2010ROUES033.

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Abstract:

Ce travail vise la description fine du micro-mélange. Pour décrire cette quantité, les réactions chimiques se sont révélées être l’outil le plus ingénieux (Dimotakis, 2005). Pourtant, très peu d’études expérimentales y ont été consacrées. Dans cette étude, nous nous intéressons au cas d’un écoulement dont le motif de base est un jet cisaillé entouré de 4 jets à contre courant pour deux géométries distinctes : une à fort taux de confinement et une seconde pour laquelle le taux de confinement reste faible. Ces deux configurations sont étudiées en faisant varier le nombre de Reynolds des jets. La mesure de concentration est faite grâce à une méthode de Fluorescence Induite par Plan Laser, et la vitesse de l’écoulement est estimée par Vélocimétrie par Image de Particules. La difficulté principale est la mesure du micro-mélange, quantifiée expérimentalement par une méthode de mesure dite "Dual Tracer", qui compare le signal de fluorescence d’une molécule traçant les zones de fluides pur à celui du fluide dans sa globalité. L’objectif est d’utiliser cette base de données afin d’étudier l’influence du nombre de Reynolds et du taux de confinement sur la qualité du mélange et l’efficacité du micro-mélange en terme de statistiques. Il est montré que l’efficacité du micro-mélange augmente lorsque le nombre de Reynolds augmente, et lorsque le taux de confinement diminue.

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Gouillart, Emmanuelle. "Etude de l'advection chaotique dans des mélangeurs à tiges, en écoulements ouverts et fermés." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00204109.

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Abstract:

Nous avons étudié le mélange de fluides visqueux dans des écoulements 2-D ouverts et fermés où des agitateurs créent de l'advection chaotique, i.e. des trajectoires lagrangiennes complexes. Notre étude, expérimentale, numérique et théorique, s'appuie sur deux types d'expériences de mélange chaotique, en domaine fermé et dans un canal ouvert. En système fermé, nous avons d'abord proposé une caractérisation topologique du mélange reposant sur l'enchevêtrement des trajectoires de points périodiques -- les "tiges fantômes". D'autre part, l'étude expérimentale du champ de concentration d'un colorant nous a permis de décrire le rôle des murs du domaine où se fait le mélange, pour les écoulements fermés comme ouverts. En fermé, la nature chaotique ou régulière des trajectoires initialisées près des bords détermine l'évolution du champ de concentration, même loin des bords. Nous avons ainsi observé une dynamique lente (algébrique) de l'homogénéisation quand la région chaotique s'étend jusqu'à des murs non-glissants. En ouvert, nous avons décrit l'évolution du champ de concentration dans, et en aval de la région de mélange, résultant de l'injection d'un blob de colorant. Nous avons décrit les éléments mal mélangés qui s'échappent aux temps courts, et l'apparition d'un motif permanent (auto-similaire) aux temps longs, déterminé par les orbites périodiques de la région de mélange. Des modifications de ce scénario apparaissent quand la région de mélange va jusqu'aux murs. Enfin, une modélisation à base de transformation du boulanger généralisée nous a permis de comprendre l'essentiel des mécanismes rencontrés.

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Boutin, Guillaume. "Mélange et micro-mélange dans un réacteur à multiples jets cisaillés." Phd thesis, Université de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00582385.

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Abstract:

Ce travail vise la description fine du mélange et en particulier du micro-mélange. Afin de caractériser le micro-mélange, les réactions chimiques se sont révélées être l'outil le plus ingénieux (Dimotakis, 2005). Pourtant, à cause des difficultés expérimentales, très peu de telles études existent. Ainsi, nous caractérisons le micro-mélange dans un écoulement dont le motif de base est un jet cisaillé entouré de 4 jets à contre courant. Nous nous intéressons à deux géométries : une pour un fort taux de confinement et une seconde pour laquelle le taux de confinement reste faible. Le premier objectif de cette thèse est de fournir une base de données fiable, pour différentes géométries d'écoulement, nombre de Reynolds et variation du taux de confinement des jets. Dans une première étape, le mélange est étudié grâce à des mesures simultanées de vitesse et de concentration sur la molécule d'acétone. La mesure de concentration est faite grâce à une méthode de Fluorescence Induite par Plan Laser, et la vitesse est estimée par Vélocimétrie par Image de Particules. Une seconde étape se focalise sur le micro-mélange qui est quantifié expérimentalement par une méthode de mesure dite "Dual Tracer" qui compare le signal de fluorescence d'une molécule traçant les zones de fluides pur à celui du fluide dans sa globalité. Le second objectif est d'utiliser cette base de données afin d'étudier l'influence du nombre de Reynolds et du taux de confinement sur la qualité du mélange et l'efficacité du micro-mélange en terme de statistiques. Il est montré que l'efficacité du micro-mélange augmente lorsque le nombre de Reynolds augmente, et lorsque le taux de confinement diminue.

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Lafon, Philippe. "Mélange laminaire de fluides miscibles en cuve agitée : approche numérique." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT021G.

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Abstract:

Les operations d'agitation et de melange de liquides en cuves agitees sont frequemment presentes en genie des procedes. Longtemps etudiees a l'aide de techniques globales, comme celles basees sur les correlations adimensionnelles de resultats experimentaux obtenus parmesure de la puissance consommee, par conductimetrie ou calorimetrie, ces operations ont ete examinees a l'aide de methode plus locales, experimentales ou numeriques. Poursuivant dans cette voie, nous avons applique des methodes numeriques de modelisation a base de differences finies, d'une part pour obtenir le regime permanent hydrodynamique et d'autre part le regime transitoire de melange de deux liquides miscibles. Appliquees a une configuration bidimensionnelle a base d'agitateurs de type bipale ou ancre, ces methodes nous ont permis d'obtenir les champs de vitesses et de concentrations locales au cours du temps. Des comparaisons avec des resultats hydrodynamiques de la litterature et des visualisations experimentales du champ de concentrations ont conduit a une premiere validation

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H, L. Tran. "Simulation numérique de convection naturelle d'un mélange binaire : cas d'un panache d'hélium en cavité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00920867.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude des mécanismes de mélange et dispersion d'un jet d'hélium dans une cavité semi-confinée remplie d'air. Ce phénomène est ici pris comme un cas mdèle de l'injection d'un gaz léger dans un fluide plus lourd, produisant ainsi un panache. Ce thème est en lien avec la sécurité des systèmes basés sur l'hydrogène. Un modèle numérique a été développé combinant les conditions limites adéquates avec les équations de conservation de la masse du mélange, d'une espèce, de la quantité de mouvement, ainsi que la loi d'état et la variation des propriétes physiques. En premier lieu, le panache d'un mélange eau glycérol est considéré comme cas de validation par comparaison avec des résultats expérimentaux [Rogers & Morris 09]. Le développement d'un panache axisymétrique est modélisé pour de grands nombres de Grashof et petit nombres de Reynolds d'injection. Un bon accord est obtenu pour la vitesse d'ascension du panache ainsi que le type et la forme de la tête. Un loi d'échelle modifiée est proposée. Dans le cas du mélange hélium-air, une cavité 2D est tout d'abord considérée. Les lois d'échelle auto-similaires pour des panaches plans stationnaires en milieu infini [Gebhart et al. 88] ont été reproduites numériquement pour les profils de vitesse verticale et de masse volumique sur l'axe, pour les temps avant l'impact du panache sur le plafond. Puis une cavité cylindrique a été considérée pour modéliser une expérience menée au CEA [Cariteau & Tkatschenko 12]. Les résultats numériques sont comparés aux données des expériences et d'un benchmark numérique. L'effet de l'hypothèse d'axisymétrie a été mis en évidence.

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Guilbert, Emilie. "Une réaction chimique pour le mélange." Thesis, Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0223.

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Abstract:

Ce manuscrit aborde le problème du mélange réactif en tirant profit d'une réaction chimique qui, à partir de deux réactifs transparents dans l'eau (Fluorescine et Ferricyanure de Potassium), crée un produit fluorescent permettant ainsi de réaliser des mesures quantitatives de concentrations en produit. Un deuxième avantage de cette réaction d'ordre deux est qu'elle possède une cinétique ajustable dépendant de la concentration en réactifs, de la température, du pH, ainsi que de la viscosité de la solution. Une démarche progressive s'appuyant sur diverses expériences a été adoptée: nous commençons par la caractérisation complète de la réaction chimique, puis nous poursuivons par l'étude des problèmes de diffusion-réaction, et enfin de réaction-diffusion-advection lorsque le substrat est en mouvement This thesis tackles the problem of reactive mixing by taking advantage of a new chemical reaction between two transparent reactants producing a fluorescent product in water. The kinetic of this second order reaction can be adjusted by varying reactants concentration, temperature, pH and viscosity of the substrate. A stepwise approach based on a variety of experiments has been adopted: we start with the complete characterization of the chemical reaction, then we continue with the study of diffusion-reaction problems, and finally we investigated the interplay between diffusion,advection and reaction when the substrate is in motion

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Ayadim, Abderrahime. "Structure et thermodynamique des suspensions colloïdales en phase volumique et confinée par la théorie des mélanges binaires." Paris 12, 2005. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990002513970204611&vid=upec.

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Abstract:

Les équations intégrales d'Ornstein-Zernike sont utilisées pour étudier la structure et la thermodynamique de suspensions colloïdales modélisées par un mélange binaire très dissymétrique en taille. Nous proposons une nouvelle fermeture surmontant le problème de non-convergence de la fermeture RHNC dans la variante de la théorie des mesures fondaùmentales de Rosenfeld. Après l'avoir testée sur les fonctions de distributions radiales, nous calculons la ligne de coexistence de phase fluide-fluide du mélange de sphères dures de rapport taille R=10. Nous confirmons ainsi à partir du diagramme de phase la validité de l'approche du fluide effectif. Nous examinons ensuite ces systèmes en phase inhomogène (face à un mur ou confinées entre deux murs) en incluant des forces attractives entre les différents constituants. La fermeture RHNC est testée alors au niveau de la structure et du potentiel de force moyenne intercolloïdale. La méthode est ensuite utilisée pour étudier la solvation The Ornstein-Zernike integral equations are used to study the structure and the thermodynamics of colloidal suspensions modelled as a highly asymmetric solute-solvent mixture. We propose a new closure to remedy the non-convergence problem of the RHNC closure. After having tested it on the radial distribution functions, we determine the fluid-fluid coexistence line of asymmetric binary hard spheres with diameter ration R=10. We thus confirm from the phase diagram the validity of the effective one-component approach. Then, we examine these sytems in inhomogeneous phase (colloids near a wall or in a slit pore) and include attractions between the various components. The RHNC closure is tested then at the level of the structure and the potential of mean force. The method is finally used to study solvation effects of confined colloids

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Gamet, Lionel. "Simulations numériques d'écoulements compressibles : application à l'aéroacoustique des jets." Toulouse, ENSAE, 1996. http://www.theses.fr/1996ESAE0014.

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Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de macCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. La modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l'aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelles (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expériementales. Une méthode intégralle de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustqiue. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparés à des études expérimentales et à d'autres simulations.

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El, Omari Kamal. "Mélange et transferts thermiques en écoulements laminaires et leur modélisation." Habilitation à diriger des recherches, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00651878.

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Abstract:

Durant mon parcours en tant que Maître de Conférences depuis 2005, mes diverses activités de recherche se sont situées dans le domaine de la mécanique des fluides et des transferts. Si l'approche dominante dans mes recherches est la modélisation et la simulation numérique, dans les cas où l'expérimentation s'avère l'approche la plus pertinente, je m'associe à mes collègues expérimentateurs pour mener à bien des études. En effet, dans ma démarche de chercheur, j'ai toujours souhaité contribuer à résoudre des problèmes scientifiques et technologiques issus pour la plupart de préoccupations industrielles ou se situant directement en amont de celles-ci. La principale thématique que j'ai abordée est celle du mélange laminaire. Que ce soit pour l'agitation chaotique ou pour l'émulsification, j'essaye, à travers mes travaux, de promouvoir ce mode de mélange sobre, afin d'encourager son usage industriel. L'étude du mélange d'un ou de plusieurs fluides avec ou sans transfert de chaleur est toujours d'un grand intérêt pour les industriels, surtout lorsqu'il s'agit de fluides très visqueux et/ou très délicats pour lesquels les méthodes classiques de mélange turbulent peuvent s'avérer coûteuses en énergie et/ou destructrices des propriétés physiques de ces fluides, ou tout simplement inefficaces. Le mélange par advection chaotique a montré son efficacité pour le mélange d'un champ scalaire (concentration, température) pour des fluides très visqueux ou en micro-fluidique. En effet, il est possible à partir d'un écoulement simple d'obtenir des trajectoires lagrangiennes complexes, en apportant une modulation temporelle adéquate, par exemple. Nous nous sommes intéressé au mélange thermique (à l'échelle macroscopique) au sein d'un fluide très visqueux à grand nombre de Prandtl. Afin de contribuer à l'optimisation de ce procédé, nous avons modélisé l'écoulement instationnaire dans d'un mélangeur type et nous avons révélé les différents mécanismes de mélange thermique qui interviennent pour des fluides newtoniens ou non, avec ou sans thermodépendance. En outre, j'entreprends le développement d'un solveur numérique de mécanique des fluides qui résout les équations tridimensionnelles (3D) de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie. Ce code, que j'ai baptisé Tamaris, utilise la méthode des volumes finis non structurés à maillage hybride pouvant contenir différents types de cellules de calcul (hexaèdres, tétraèdres, prismes et pyramides), ce qui permet une grande flexibilité pour les géométries étudiées. Ce code permet l'étude des écoulements instationnaires de fluides incompressibles newtoniens ou non newtoniens, en prenant en compte les transferts thermiques par convection forcée ou naturelle, les effets thermocapillaires, les transferts conjugués (conduction dans les solides) et les changements de phase liquide-solide. Ce code est parallèle (MPI) par décomposition de domaine sans chevauchement. Parmi les autres thématiques que j'ai abordées, il y a l'émulsification laminaire. Les études expérimentales menées ont montré qu'il est possible de réaliser des émulsions très concentrées en phase dispersée (> 90%), grâce à un procédé sobre énergétiquement, qui utilise un écoulement laminaire. Ce procédé a été intensifié, en le transposant vers un fonctionnement en continu, très souhaitable pour un usage industriel. Une autre de mes thématiques concerne les changements de phase liquide-solide, principalement en présence d'un écoulement. L'application principale concerne le contrôle de la température de parois et le transport d'énergie par chaleur latente. Aujourd'hui, ces thématiques d'émulsiﬁcation laminaire et de changement de phase se rejoignent dans un nouveau projet pour la conception de nouveaux matériaux pour l'isolation thermique active. C'est en ce sens que mes projets de recherche futurs s'orientent naturellement vers la modélisation numérique des écoulements avec interfaces : écoulements diphasiques et écoulements avec changement de phase.

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Znaien, Jemil. "Étude locale du mélange induit par gravité de deux fluides dans la géométrie confinée d'un tube incliné." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00525440.

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Abstract:

Nous avons, dans cette thèse, étudié, à l'échelle locale, le mélange induit par gravité de deux fluides miscibles de densités différentes dans un long tube incliné. Nous avons mesuré, sur des expériences indépendantes, les champs de vitesse (PIV) et les champs de concentration (LIF) dans un plan diamétral vertical. Avec l'aide des profils de vitesse et de concentration moyenne nous avons pu établir une carte des régimes d'écoulement observés en fonction des paramètres de contrôles : angle d'inclinaison du tube $\theta$ (repéré par rapport à la verticale) variant de 15°à 60°, et contraste de densité caractérisé par le nombre d'Atwood At allant de $10^{-3}$ à $10^{-2}$. Nous avons étudié le transport de quantité de mouvement dans les régimes d'écoulement quasi-stationnaires en comparant les résultats expérimentaux à des modèles simples et à des simulations numériques. Nous nous sommes également intéressés et la stationnarité et la stabilité des écoulements.

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Sadaoui, Redouane. "Agitation et mélange dans une turbosphère." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT045G.

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Abstract:

Ce travail vise l'etude par voix numerique des structures des ecoulements en regime laminaire de fluides newtoniens et rheofluidifiants a viscosite elevee au cours d'un processus d'agitation mecanique dans une turbo sphere. Le code realise est base sur la resolution des equations de navier-stockes en coordonnees cylindriques. Son application a la simulation des ecoulements laminaires generes par un agitateur tripale, dans une cuve spherique, a montre l'influence des parametres hydrodynamiques, et geometriques sur le developpement des ecoulements dans la cuve. Les informations obtenues concernent le champs de vitesse, de dissipation visqueuse, et de puissance consommee. Nous avons egalement etudie mais par voix experimentale la faisabilite de la technique de reponse thermique pour la determination du temps de melange dans une cuve mecaniquement agitee. Avant de presenter les resultats de ces recherches dans le sixieme chapitre, nous avons d'abord fait une synthese des connaissances deja acquises sur les systemes d'agitation d'un fluide hautement visqueux et pulverulent dans le premier chapitre puis nous avons decrit dans le deuxieme chapitre le systeme etudie et sa conception. Le troisieme chapitre presente la partie experimentale de notre etude avec la methode et les dispositifs de mesures utilises. Ensuite, l'approche numerique est abordee avec d'abord les differentes methodes de resolution des equations de la mecanique des fluides dans le quatrieme chapitre et ensuite avec les etapes de mise au point d'un code de calcul applique a la turbo sphere dans le cinquieme chapitre.

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Turuban, Régis. "Études numérique et expérimentales du mélange en milieux poreux 2D et 3D." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S051/document.

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Abstract:

Le mélange de solutés par les écoulements en milieux poreux contrôle les réactions chimiques dans un grand nombre d'applications souterraines, dont le transport et la remédiation des contaminants, le stockage et l'extraction souterrains d'énergie, et la séquestration du CO2. Nous étudions les mécanismes du mélange à l'échelle du pore et plus précisément comment la topologie de l'écoulement est reliée à la dynamique du mélange d'espèces conservatives; en particulier, l'émergence d'un mélange chaotique est-elle possible dans un milieu poreux tridimensionnel (3D) ? Nous calculons donc numériquement ou mesurons expérimentalement les vitesses d'écoulement et l'évolution temporelle des champs de concentration afin de caractériser la déformation et le mélange à l'échelle du pore. Une première étude, expérimentale, permet de caractériser le mélange dans un fluide s’écoulant à travers un milieu poreux bidimensionnel (2D). Nous mesurons les vitesses par suivi de microparticules solides (''PTV''). L’évolution temporelle de la distance séparant deux particules permet de caractériser la dynamique de la déformation lagrangienne. Des mesures de transport conservatif dans le même milieu fournissent l'évolution temporelle du gradient de concentration moyen (une mesure du mélange). À partir de ces résultats expérimentaux nous proposons la première validation expérimentale à l'échelle du pore de la théorie lamellaire du mélange, reliant les propriétés de la déformation du fluide à la dynamique du mélange. Dans une deuxième étude nous examinons les conditions d'apparition du mélange chaotique dans l’écoulement dans des milieux poreux 3D granulaires ordonnés. Nous effectuons des calculs numériques hautement résolus de d'écoulement de Stokes entre des sphères empilées selon une structure cristalline (cubique simple ou cubique centrée), périodique. La déformation lagrangienne, obtenue à partir des champs de vitesse à l'aide d'outils numériques développés spécifiquement, met en lumière une large variété de dynamiques de la déformation dans ces milieux 3D, selon l'orientation de l'écoulement. Quand la direction de l'écoulement n'est pas normale à l'un des plans de symétrie de réflection du cristal, l'évolution temporelle de la déformation est exponentielle, traduisant une advection chaotique. L’émergence (ou non) du chaos est contrôlée par un mécanisme similaire à la ''transformation du boulanger'': les particules fluides se déplaçant autour d'un grain solide se retrouvent séparées par une surface virtuelle (appelée “variété”) qui émerge de la surface du grain. De multiples variétés existent dans l’écoulement, et la façon dont elles s'intersectent contrôle la nature - chaotique ou non - du mélange, et l'intensité du chaos. En particulier, l'exposant de Lyapunov (une mesure du chaos), est contrôlé par la fréquence spatiale des intersections appropriées à la génération du chaos, nommées ''connections hétéroclinines'' entre variétés. L'image conventionnelle, 2D, des mécanismes du mélange, impose des contraintes topologiques qui ne permettent pas le développement de ces mécanismes 3D. Elle pourrait donc être inadaptée aux milieux poreux naturels. La troisième étude a deux objectifs: (i) fournir une preuve expérimentale de la nature chaotique de l'advection, par la visualisation des variétés et par l'obtention d'une mesure de l'exposant de Lyapunov; et (ii), évaluer si nos résultats numériques obtenus pour des milieux granulaires ordonnés peuvent être généralisés à des milieux désordonnés, plus proches des milieux naturels. L’expérience est fondée sur un empilement désordonné de sphères rendu transparent par l'ajustement optique du liquide avec les sphères. La fluorescence induite par laser (''LIF'') permet de détecter les variétés au sein de l'écoulement, et des techniques PTV de mesurer les vitesses d'écoulement et quantifier l'exposant de Lyapunov. Les premiers résultats expérimentaux sont prometteurs Solute mixing in porous media flows plays a central role in driving chemical reactions in a number of subsurface applications, including contaminant transport and remediation, subsurface energy storage and extraction, and CO2 sequestration. We study the mechanisms of solute mixing, in particular how the pore scale flow topology is related to the mixing dynamics of conservative solutes, with a particular emphasis on the possible emergence of chaotic mixing processes in three-dimensional (3D) porous media. To do so, we perform numerical computations or experimental measurements of the flow velocities and temporal evolution of the concentration fields, and characterize fluid deformation and mixing at the pore scale. This PhD work consists of three main studies. In the first study, we experimentally characterize mixing in a fluid flowing through a two-dimensional (2D) porous medium built by lithography. We measure the velocity distributions from Particle Tracking Velocimetry (PTV). The time evolution of the separation distance between two particles is analyzed to characterize the Lagrangian deformation dynamics. In parallel we perform conservative transport experiments with the same porous media, and quantify the temporal evolution of the mean concentration gradient, which is a measure of the mixing rate. From these experimental results we obtain the first experimental pore scale validation of the lamella mixing theory, which relates the fluid deformation properties to the mixing dynamics. In the second study, we investigate the conditions of emergence of chaotic mixing in the flow through 3D ordered granular porous media. In these periodic cubic crystalline packings (Simple Cubic - SC - and Body-Centered Cubic - BCC) of spheres, we are able to perform highly resolved computations of the 3D Stokes flow. Using custom-developed numerical tools to measure the Lagrangian deformation from the computed velocity fields, we uncover the existence of a rich array of Lagrangian deformation dynamics in these 3D media, depending on the flow orientation. When the flow direction is not normal to one of the reflection symmetry planes of the crystalline lattice, we find that the Lagrangian deformation dynamics follow an exponential law, which indicates chaotic advection. This chaotic behavior is controlled by a mechanism akin to the baker's transformation: fluid particles traveling around a solid grain along different paths end up either separated by, or on the same side of, a virtual surface projecting from the grain surface and called a manifold. Multiple such manifolds exist within the flow, and the way they intersect controls the nature of mixing (that is, either non-chaotic or chaotic), and the strength of chaos. We show in particular that the magnitude of the Lyapunov exponent (a measure of the vigor of chaos) is controlled by the spatial frequency of transverse connections between the manifolds (called heteroclinic intersections). We thus demonstrate that the conventional 2D picture of the mechanisms of mixing may not be adapted for natural porous media because that picture imposes topological constraints which cannot account for these important 3D mechanisms. The third study has two objectives: (i) provide experimental evidence of the chaotic nature of pore scale advection/mixing, both by visualizing the manifolds and by obtaining a quantitative estimate of the Lyapunov exponent; and (ii) assess if the results obtained numerically in ordered packings of spheres extend to random packings, which are closer to natural porous media. The experiment features a random packing of glass beads rendered transparent by optical index-matching between the fluid and solid grains. We use Laser Induced Fluorescence (LIF) to detect the manifolds, and PTV techniques to measure flow velocities and subsequently quantify Lyapunov exponent. The first experimental results are promising

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Chupin, Laurent. "Contribution à l'étude des mélanges de fluides visco-élastiques." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12759.

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Abstract:

Au cours de la première partie, on s'intéresse la mise en place d'un modèle pour l'étude des écoulements diphasiques visco-élastiques. Au delà des équations de Navier-Stokes gérant les propriétés hydrodynamiques d'un fluide, on exprime d'une part le caractère diphasique du milieu en faisant intervenir un paramètre d'ordre (fraction volumique d'une phase dans le mélange) et en prenant en compte les théories de Cahn et Hilliard sur les interactions thermodynamiques entre les deux phases, d'autre part l'effet visco-élastique grâce une loi comportementale de type Oldroyd. Au cours de la seconde partie, on étudie les propriétés mathématiques du modèle. On montre des résultats d'existence et d'unicité en présence de diffusion en la contrainte. Des résultats pour un modèle sans cette diffusion sont ensuite obtenus, complètant ainsi les travaux concernant les modèles monophasiques. Enfin, on montre que lorsque la diffusion en contrainte devient petite, il se crée un phénomène de couche limite au bord du domaine. Dans la dernière partie, on valide qualitativement le modle via la mise en place d'un schéma numérique. Plusieurs applications proches de contextes physiques bien précis sont réalisées. On observe tout d'abord le comportement des fluides complexes sous cisaillement dans le cas monophasique ainsi que dans le cas diphasique (décomposition spinodale). Des différences comportementales entre fluides newtoniens et visco-élastiques sont ainsi clairement mises en évidence. Ensuite, on compare des étirements de fibres réalisés numériquement avec des expriences réelles. Enfin, on réalise des tests de remplissage de cuve mettant encore une fois l'accent sur les propriétés d'instabilité des fluides complexes.

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Blanchemain, Maud. "Hydrodynamique d'un procédé de mélange de fluides alimentaires chargés de particules macroscopiques." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2004. http://www.theses.fr/2004INPL066N.

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Abstract:

L’objectif de ce travail consiste à optimiser le procédé d’incorporation d’une préparation de grosses particules fragiles (fraises sur sucre) dans une masse blanche (yoghourt) en termes d’homogénéité du mélange et de perte d’intégrité des particules. Des produits modèles ont été utilisés, tant pour la préparation de particules que pour la masse blanche sur une ligne pilote instrumentée. L’étude a été focalisée sur deux éléments-clefs : une pompe doseuse et un mélangeur dynamique. La méthodologie des plans d’expériences a été utilisée. L’analyse d’images a été employée pour quantifier la perte d’intégrité des particules fragiles ; l’homogénéité du mélange a été évaluée à l’aide de la tomographie électrique, de la mesure de la dispersion des temps de séjour des particules fragiles pour une méthode magnétique, ainsi que d’observations visuelles. Des modèles empiriques ainsi que des recommandations spécifiques sont proposés This work aims and optimising the incorporation process of a large fragile particle (strawberry) preparation into a white mass (yogurt) in terms of the mechanical damage suffered by the particles and of the mixture homogeneity. Model products for both particle preparation and white mass have been used in a pilot plant. The study has been focused on two key elements : the pumping of the particle preparation and the dynamic mixer. The methodology of experimental design has also been used. Image analysis was used for quantifying the mechanical damage to fragile particles, whereas electrical tomography, residence time distribution for particles via a magnetic technique and visual observations were used for evaluating the mixture homogeneity. Empirical models as well as specific recommendations have been proposed

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BRAUD, Caroline. "Etude de la dynamique d'un écoulement à cisaillements croisés : interaction couche de mélange - sillage." Phd thesis, Université de Poitiers, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004751.

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Abstract:

Dans cette étude, on s'intéresse à la compréhension de la dynamique de l'écoulement d'interaction d'une couche de mélange plane turbulente avec un cylindre circulaire. Cet écoulement trimensionnel et inhomogène dans les trois directions est analysé, dans un premier temps, à l'aide de mesures fils chauds et de mesures de pressions pariétales. A partir de ces données, on montre l'influence du nombre de Reynolds, du rapport d'aspect et du paramètre de cisaillement sur le nombre de Strouhal, le coefficient de succion et la longueur de formation. En particulier, les analyses montrent que, dans la région au dessus de l'impact de la couche de mélange (du côté basse vitesse), l'analyse spectrale présente systématiquement au moins deux cellules de fréquence constante. L'organisation principale est quant à elle analysée à l'aide de mesures PIV (Vélocimétrie par Image de Particule) et au moyen de la POD (Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres). Les premiers modes POD, représentant l'organisation des structures cohérentes énergétiquement dominantes, montrent clairement la présence de structures inclinées de part et d'autre de la région d'impact de la couche de mélange. En dessous de l'impact (du côté haute vitesse), où l'écoulement est tridimensionnel, les modes POD plus élevés présentent des modes de coalescence de structures, de structures longitudinales et de dislocations de structures, proches de ceux trouvés lors de la tridimensionalisation des sillages (par leur nature intrinsèque ou par pertubation suivant l'envergure du cylindre). Par ailleurs, à l'aide d'une projection de Galerkin dans le plan derrière l'axe du cylindre, un LODS (Low Order Dynamical System) est construit. Son analyse révèle l'existence d'une ``injection'' de fluide du côté haute vitesse de fréquence de battement faible. Enfin, une analyse de données simulées à bas nombre de Reynolds (DNS) permet de conforter les résultats expérimentaux sur la présence de comportements caractéristiques à cette configuration d'écoulement.

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Marikh, Khadija. "Mélange des poudres en continu : dynamique et modélisation." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://www.theses.fr/2003INPL093N.

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Abstract:

La majorité des procédés de mélange mis en œuvre restent discontinus, mais le besoin s'est fait sentir dans l'industrie pour l'emploi de mélangeurs continus qui assurent une stabilité de l'homogénéité du mélange. . Ces travaux sont basés sur l'étude de l'écoulement de produits " purs " et durant leur mélange au sein d'un mélangeur continu. Ceci a été réalisé par le suivi de l'évolution de la masse retenue et par des mesures de DTS sous différentes conditions opératoires. Nous avons formulé une corrélation reliant le temps de passage des produits purs et durant le mélange à la vitesse de rotation du mobile. Les mesures de DTS nous ont permis de confmner l'influence des propriétés des poudres et des variables opératoires sur l'écoulement de ces produits. Deux modèles markoviens ont été développés et font intervenir des coefficients d'échange qui représentent la réalité physique de l'écoulement. L'homogénéité du mélange a été suivie en sortie, ce qui nous a permis de quantifier l'efficacité du mélangeur traduite par le facteur de réduction de variance. Enfin, une relation simple entre le coefficient d'échange du modèle et le VRR a été également proposée.

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Barbier, Matthieu. "De l'impermanence des formes dans les fluides granulaires : croissance et relaxation dans les mélanges." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112309.

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Abstract:

Ce travail porte sur la dynamique de la matière granulaire dans l'état fluide, et sa réponse à une excitation localisée dans deux limites : une faible perturbation suite à laquelle le système relaxe rapidement vers un état homogène, ou une agitation intense donnant lieu à une onde de choc telle qu'un souffle d'explosion. Cette réponse est affectée par deux caractéristiques des fluides granulaires : les particules macroscopiques qui les composent sont d'une part inélastiques, de sorte que leur dynamique est dissipative et ne possède pas d'état d'équilibre, et d'autre part polydisperses, c'est-à-dire hétérogènes en taille et en masse. Nous isolons d'abord un effet dynamique de la polydispersité en montrant qu'il existe un mélange optimal qui minimise le temps de relaxation du fluide vers son état asymptotique. Nous nous intéressons ensuite au cas où une seule des espèces est perturbée par l'application d'un champ extérieur, et étudions l'état stationnaire hors d'équilibre ainsi établi, dans la limite du traceur où les autres espèces constituent un bain stationnaire. Enfin, nous modélisons la croissance de formes autosimilaires dans ce bain suite à une intense libération ponctuelle d'énergie, que nous comparons au souffle d'une explosion dans un gaz moléculaire This work focuses on the dynamics of the fluid state of granular matter, and its response to a localized perturbation in two limiting cases : relaxation toward a homogeneous state or growth of a blast wave. This response is shaped by two distinctive features of granular media: their macroscopic constituent particles are both inelastic, entailing intrinsically non-equilibrium dynamics, and polydisperse or heterogeneous in their material properties. First, we isolate the effects of polydispersity in the return of a gas to its homogeneous asymptotic state, and evidence the existence of an optimal mixture for which the relaxation time is minimal. We then restrict the perturbation to accelerating a single species with an external field in order to study the induced non-equilibrium stationary state in the tracer limit, where other species are undisturbed by this process. Finally, we model the self-similar shock wave generated in such a dissipative bath by an intense yet localized release of energy, and contrast it with blast waves in molecular gases

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Dissertations / Theses on the topic 'Mélange fluide'

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