Dissertations / Theses on the topic 'Plan incliné'

Que ce soit pour refroidir ou nettoyer un solide, la même technique est utilisée : du liquide, le plus souvent de l'eau, est mis en écoulement sur ce substrat. Il se forme alors des filets liquides. Il est donc fondamental de comprendre la dynamique et le comportement de ces filets sur des plans inclinés. Pour cette raison, nous avons étudié les filets liquides sur deux types de substrat. D'un côté, nous nous sommes intéressés aux substrats superhydrophobes, avec lesquels les liquides n'ont qu'une très petite surface de contact. Nous avons étudié la friction sur ces substrats ainsi que l'instabilité de Rayleigh-Plateau : la forme de filet liquide est instable et le filet se brise en gouttes. De l'autre côté, nous avons considéré des surfaces en mouillage partiel où la friction avec le liquide est très grande ; elles sont caractérisées par une forte hystérésis de mouillage qui induit une force d'accrochage sur le substrat. Sur ce type de surfaces, se développe une instabilité inertielle sinueuse appelée instabilité de méandrage. Nous avons cherché à comprendre les mécanismes de cette instabilité et notamment sa sensibilité au bruit des conditions initiales. Cela nous a enfin mené à étudier la réponse de filets liquides à des forces extérieures
In order to clean or cool a solid surface, one generally flows liquid (mostly water) on the surface; the liquid does not generally flow as a homogeneous sheet, but instead forms liquid rivulets. It is important to understand the dynamics and the behavior of these liquid rivulets on inclined solid surfaces. For this reason, we studied rivulets on two different substrates. First, we used superhydrophobic substrates, where rivulets have a very low contact surface. We are interested in the friction on these substrates and in the rivulet stability: the cylindrical shape is unstable (Rayleigh-Plateau instability) and the rivulet breaks up into droplets. In a second part, we used partially wetting substrates with a strong contact angle hysteresis and large friction between the liquid and the substrate. On these surfaces, a sinuous instability called meandering instability develops. We studied the instability mechanisms in detail and demonstrate the role of the initial conditions on the critical flow rate at which meandering appears. We also investigated the effect of external forces on the shapes of the rivulets

Cette thèse est consacrée aux écoulements granulaires sur un plan incline. Nous avons mis au point un canal d'écoulement bidimensionnel, constitue de deux plaques en verre, dans lequel s'écoule une seule couche verticale de billes métalliques de 3mm de diamètre. Ces écoulements sont filmes a l'aide d'une camera numérique rapide. Les films numériques ainsi obtenus sont analyses par traitement d'image afin de déterminer la position et la vitesse de chaque particule. En parallèle, des expériences numériques purement bidimensionnelles ont été réalisées en utilisant la méthode de dynamique des contacts. A partir des observations expérimentales et numériques, nous avons défini cinq régimes macroscopiques d'écoulement pour lesquels nous donnons la forme caractéristique des profils de compacité, vitesse et température granulaire. Nous précisons la dépendance de ces régimes vis a vis des paramètres de contrôle de l'expérience (angle d'inclinaison du plan, débit ou hauteur de l'écoulement, nature du matériau et du fond rugueux). Les transitions entre les régimes sont définies d'un point de vue énergétique. Dans les régimes dilues (billes d'acier), le milieu est complètement astructuré et la distribution des vitesses est asymétrique et anisotrope. La loi de comportement identifiée est voisine de celle de la théorie cinétique mais un désaccord subsiste envers l'équation de l'énergie. L'accord entre les profils expérimentaux et numériques est qualitatif. Dans les régimes denses (billes d'aluminium), les positions des particules sont fortement corrélées. Nous observons des lois d'échelle sur la vitesse (dépendances en inclinaison, hauteur et coefficient de frottement, indépendance en coefficient de restitution) qui ne peuvent pas être expliquées par les théories usuelles. L'accord entre les expériences et les simulations est dans ce cas quantitatif.

Devant les difficultes essentiellement administratives et sociales posees par l'ouverture de nouveaux sites de stockage de dechets, la tendance actuelle est a l'extension laterale ou verticale de centres existants, conduisant parfois a l'adoption de geometries de pente inhabituelles pour lesquelles la stabilite des systemes geosynthetiques d'etancheite en pente (sur talus ou en couverture) devient une question cruciale. La maitrise de la stabilite de tels systemes passe par une meilleure comprehension de leur fonctionnement. Dans ce but, l'etude de la caracterisation sur plan incline des interfaces geosynthetiques a ete menee, ainsi que celle du renforcement par inclusion de geosynthetique et l'analyse de la reponse d'un systeme geosynthetique d'etancheite en vraie grandeur. Cette etude se base principalement sur des essais de laboratoire realises sur un dispositif plan incline elabore dans le cadre de ce travail. La validite de la caracterisation sur plan incline des interfaces sable/geosynthetiques est confirmee par la repetabilite, la reproductibilite et la coherence des caracteristiques d'interface obtenues vis-a-vis des tendances generales observees en boite de cisaillement direct, relatives a l'influence du confinement. Le mecanisme d'ancrage constitue le principe de base du renforcement par inclusion de geosynthetique. Les essais de renforcement realises montrent particulierement une meilleure efficacite du renforcement par inclusion pour stabiliser le sol de couverture, par rapport au renforcement classique a la base du sol. L'analyse des donnees issues d'une experimentation en vraie grandeur sur un systeme geosynthetique d'etancheite illustre particulierement la difficulte de prediction du fonctionnement d'un systeme reel, due principalement aux incertitudes de la mise en place.

En mouillage partiel, l'arrière de gouttes glissant sur un plan incliné développe, au-delà d'une vitesse critique, une singularité en coin, arrondie à petite échelle. L'inclinaison ou la courbure de la ligne de contact retardent la transition de mouillage. À plus grande vitesse, un filet liquide dont la largeur croît avec la vitesse des gouttes, se développe et se rompt en déposant des gouttes satellites sur le substrat. Un modèle de lubrification permet de retrouver divers aspects de ces phénomènes : interface conique, retard au démouillage, largeur du ligament...
Une augmentation du débit conduit à un écoulement en filet droit qui se déstabilise au-delà d'un débit seuil pour former des méandres stationnaires. L'équilibre entre inertie, tension de ligne et hystérésis de mouillage rend compte du rayon de courbure des virages, mais également du seuil de méandrage. Les méandres présentent une très forte hystérésis en débit provenant de l'accrochage sur le substrat. L'augmentation de la viscosité induit des changements de comportement : déclenchement non spontané des méandres et croissance de leur amplitude avec la distance à l'injection. Ces méandres avec hystérésis sont comparés à des méandres sans hystérésis, en mouillage total, confinés dans une cellule de Hele-Shaw. Privés d'accrochage sur le substrat, ces derniers sont alors mobiles. Nous avons étudié quelques effets de la physico-chimie sur ces méandres et montré que les surfactants ne sont pas nécessaires au méandrage. L'équilibre entre inertie et capillarité donne le seuil de ces méandres sans hystérésis.

Le travail présenté est une analyse de stabilité linéaire de l'écoulement de films superposés de fluides non newtoniens sur un plan incliné. La connaissance des conditions d'apparition des instabilités dans ce type d'écoulements intéresse particulièrement le secteur industriel faisant appel à des méthodes de couchage. Il est en effet intéressant de pouvoir maîtriser le déclenchement des instabilités en vue de les empêcher de nuire à la qualité du résultat. Nous nous sommes intéressés au cas de fluides rhéofluidifiants, dont la viscosité est décrite par la loi de Carreau. Une première partie est consacrée au cas d'une seule couche. Trois approches complémentaires sont exploitées : une approche asymptotique, considérant un comportement faiblement non newtonien dans la limite des grandes longueurs d'onde, une approche phénoménologique utile à la compréhension des mécanismes de l'instabilité et une approche numérique. Cette dernière s'appuie sur la résolution sous forme d'un problème aux valeurs propres de l'équation d'Orr-Sommerfeld généralisée par la méthode spectrale de collocation de Tchebychev. Ce travail est étendu par une étude à deux couches. Nous avons mis en évidence les effets de chaque paramètre sur la stabilité de l'écoulement (propriétés rhéofluidifiantes, tensions de surface, rapport des débits, densités et viscosités). Enfin, en vue de découvrir l'origine des instabilités, un bilan énergétique a été formulé afin d'identifier les termes qui produisent de l'énergie. Nous avons montré le rôle joué par le cisaillement aux interfaces pour expliquer l'influence des propriétés rhéofluidifiantes sur les différentes contributions du bilan énergétique
We study the stability of stratified Newtonian or non Newtonian fluids flow down an inclined plane. This problem is of interest in many applications such as simultaneous coating of multiple layers. One of the defects encountered in this process is the onset of instabilities which cause ripples responsible for the degradation of the coating uniformity. We focused on fluids obeying the Carreau model. This model accurately describes the rheological behavior of fluids like polymers suspensions and melts and is particularly suitable to free surface flow issues. The first part is devoted to one layer case. Three complementary approaches have been used: an asymptotic approach considering a weakly non-Newtonian behavior in the limit of long waves, then a phenomenological approach in order to describe the instability mechanisms, and at last a numerical solution of the general case. A spectral Tau collocation method based on Tchebychev polynomials is used for the discretization of the generalized Orr-Summerfeld eigenvalue problem. We mainly focus on the effects of shear-thinning properties on the flow stability. The work was extended by the study of two-layer film flows. We highlighted the influence of a shear-thinning rheology, surface tensions, viscosity and density stratification on the stability. We combined this study with an energy budget to explain the differences on the stability according to the parameters. We investigated the key role played by the shear stress at the interfaces to explain these phenomena and the influence of the shear-thinning properties on the different contributions of the energy balance

L'étude de ce type de film, s'écoulant sous un support, a été effectuée expérimentalement, dans un premier temps. On a ensuite modélisé les phénomènes observés. Dans une enceinte maintenue sous faible pression, on condense un jet de vapeur d'eau sous un substrat refroidi maintenu face au jet. Le condensat ne se transforme pas spontanément en film et l'on doit passer un réglet dessus pour former un film. Il ne peut être obtenu que sur des substrats sur lesquels les gouttes condensées laissent des rivulets plats derrière elles lorsqu'elles descendent le long du substrat. On mesure ensuite les épaisseurs de fil par une méthode capacitive originale, et les débits condensés moyens par pesée. On observe que les épaisseurs de fil peuvent être très supérieures à celles calculées par la relation de poiseuille utilisant le débit condensé. Par contre, on a pu mettre en évidence une corrélation entre épaisseurs de films et qualité de mouillage des substrats. D'un point de vue théorique, on a tenté de rendre compte de l'influence des conditions aux limites, c'est-a-dire du mouillage, sur l'épaisseur des films. On a modélisé la forme du film en écoulement en deux dimensions, en bas, en haut, et sur les cotés. Au bas, on a modélisé la forme du bourrelet statique. Notre modèle rend bien compte des formes de bourrelets observées expérimentalement
The study of this kind of liquid films, flowing under a plate, has first been performed experimentally. The observed phenomenons were then modelised. In a low pressure vessel, a water vapour jet is condensed under an inclined plate placed right above the jet. Whether the condensate is a drop wise or a film wise one depends on the wettability properties of the substrate. Most often, drop wise condensation happens, drops forming more or less flat rivulets as they go down the plate, and one has to pass a right metallic piece on the condensate to get a film. Once the film is obtained, its thickness is determined by an original capacitance measurement. The medium flow rate is obtained by weighting. One observes that the films thicknesses can be ten times greater than the Poiseuille calculated ones, using the experimental flow rate. Nevertheless, a correlation between films thicknesses and substrates wettability has been pointed out. Theoretically, we have tried to take the flow boundary conditions into account, modelising the films shapes at the top, at the bottom, and on both sides. At the bottom, we have modelised the tank roll shape. Our calculated shape seems to agree well with the experimental one

En mouillage partiel, l'arrière de gouttes glissant sur un,plan incliné développe, au-delà d'une vitesse critique, une singularité en coin, arrondie à petite échelle. L'inclinaison ou la courbure de la ligne de contact retardent la transition de mouillage. À plus grande vitesse, un filet liquide dont la largeur croît avec la vitesse des gouttes, se développe et se rompt en déposant des gouttes satellites sur le substrat. Un modèle de lubrification permet de retrouver divers aspects de ces phénomènes : interface conique, retard au démouillage, largeur du ligament. . . Une augmentation du débit conduit à un écoulement en filet droit qui se déstabilise au-delà d'un débit seuil pour former des méandres stationnaires. L'équilibre entre inertie, tension de ligne et hystérésis de mouillage rend compte du rayon de courbure des virages, mais également du seuil de méandrage. Les méandres présentent une très forte hystérésis en débit provenant de l'accrochage sur le substrat. L'augmentation de la viscosité induit des changements de comportement : déclenchement non spontané des méandres et croissance de leur amplitude avec la distance à l'injection. Ces méandres avec hystérésis sont comparés à des méandres sans hystérésis, en mouillage total, confinés dans une cellule de Hele-Shaw. Privés d'accrochage sur le substrat, ces derniers sont alors mobiles. Nous avons étudié quelques effets de la physico-chimie sur ces méandres et montré que les surfactants ne sont pas nécessaires au méandrage. L'équilibre entre inertie et capillarité donne le seuil de ces méandres sans hystérésis
Under partially wetting conditions, the rear of drops sliding down an inclined plane develops, above a critical velocity, a cornered singularity which is rounded at small scale. The inclination or the curvature of the contact line delays the wetting transition. At higher velocities, a liquid rivulet, whose width increases with the velocity of the drops, develops and breaks into smaller drops deposited on the substrate. A lubrication model accurately describes several aspects of these phenomena: conical interface, delaying of the dewetting transition, width of the rivulet. . . If the flow rate is increased, the liquid flows as a straight rivulet and above a critical flow rate, it destabilizes into stationary meanders. The balance between inertia, line tension and hysteresis of wetting gives the radius of curvature of the meanders, as well as the onset of meandering. The very strong flow rate hysteresis observed can be explained by pinning on the solid surface. An increase in viscosity changes the behavior of the meanders: they no longer arise spontaneously and their amplitude increases with the distance to the nozzle. These meanders with hysteresis have been compared to meanders without hysteresis, under totally wetting conditions, enclosed in a Hele-Shaw cell. Without pinning forces, the latter are therefore mobile. A few physico-chemical effects have been studied and revealed that surfactants are not necessary for meandering. A balance between inertia and capillarity gives the onset of these totally wetting meanders

Les nouveaux matériaux cimentaires fluides présentent des propriétés de thixotropie, phénomène réversible de gélification (au repos) - liquéfaction (en écoulement), qu'il est nécessaire de comprendre et de caractériser. Des essais croisés de rhéométrie globale (rhéomètre classique) et locale (vélocimétrie IRM) permettent d'obtenir le comportement complet en régime permanent et transitoire d'une pâte de ciment blanc. En particulier nous mettons en évidence une bifurcation de viscosité, traduisant un changement brutal de comportement en dessous d'une contrainte et d'un gradient de cisaillement critique. Un modèle simple, basé sur ces observations, permet de retrouver les propriétés observées. Son application à des essais d'écoulements sur plan incliné montre que cette configuration peut s'avérer un moyen simple de caractérisation pratique de la thixotropie.

Nous étudions la stabilité de l'écoulement de fluide rhéofluidifiant (pseudoplastique) sur plan incliné. La connaissance des conditions d'apparition des instabilités intéresse ici particulièrement le secteur industriel faisant appel à des méthodes de couchage (papeterie, photographie), ou le secteur environnemental dans la compréhension de certaines situations exceptionnelles (coulées de boues, laves torrentielles, écoulements de glaciers). Nous modélisons la viscosité des fluides utilisés par la loi de Carreau. Afin de caractériser nos fluides, nous utilisons l'électrocapillarité comme technique optique consistant à étudier la propagation et l'atténuation d'ondes capillaires. Les résultats de mesures permettent en particulier de déterminer la viscosité à valeur de cisaillement aussi faibles que 10−3s−1. Notre objectif est d'étudier expérimentalement la stabilité de films rhéofluidifiants sur plan incliné. Pour des valeurs fixées de l'angle d'inclinaison, nous avons déterminé le seuil critique expérimental et tracé la courbe marginale de stabilité sur les plans (Re, k) et (Re, c) pour nos différents fluides. Nous trouvons que nos résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats numériques, et confirment l'effet rhéofluidifiant déstabilisant relativement au cas Newtonien. Nous discutons enfin la validité du théorème de Squire en écrivant l'équation d'Orr-Sommerfeld généralisée aux ondes 3D et aux fluides de Carreau. Analytiquement, les relations de Squire ne sont pas vérifiées, et les résultats numériques montrent que les relations de Squire ne s'écrivent que dans le cas Newtonien
We study the stability of shear-thinning (pseudoplastic) fluid films flow down an inclined plane. This problem is of interest in many industrial applications such as coating, and may explain the manifestation of a specific kind of surface waves, appearing in some spectacular environmental flow configurations such as debris flows or surge waves. We focus on fluids obeying the Carreau law. An optical technique called electrocapillarity has been implemented in order to determine the surface tension and viscosity, at values of the shear rate as small as 10−3s−1, by studying the damping of propagating capillary waves. The main objective of this work is to experimentally study the linear stability of shear-thinning fluid films flow. For a fixed inclination angle, the experimental study essentially consists in measuring the cutoff frequency and wavelength of primary waves, and then determining the critical Reynolds number. The experimental results presented in the (Re, k) and (Re, c) planes are in good agreement with the numerical results, and confirm the destabilizing effect of the shear-thinning properties in comparison with the Newtonian case (the critical Reynolds number is smaller, and the ratio between the marginal waves celerity and the flow velocity at the free surface is larger). Finally, we discuss the validity of the Squire’s theorem in the case of generalized Newtonian fluids film flow down an inclined plane. Analytically, the Orr-Sommerfeld problem with respect to 3D disturbances is not equivalent to a 2D problem, and the numerical results show that the Squire’s transformations can only be used in the Newtonian case

L’objectif est d’améliorer la connaissance des écoulements de films minces se développant au sein des colonnes servant à distiller les gaz de l’air sous conditions cryogéniques. Ce travail porte sur la caractérisation expérimentale de l’épaisseur du film liquide dans des conditions hydrodynamiques proches de celles rencontrées dans l’industrie. Tout d’abord, ce travail a permis de déterminer les conditions opératoires permettant la réalisation d’écoulement en similitude hydrodynamique avec les écoulements cryogéniques mais à température et pression proches de l’ambiant. Ensuite, un dispositif expérimental a ensuite été développé afin de permettre la réalisation d’écoulement de film liquide avec et sans contre-courant gaz sur plan incliné. Une métrologie optique utilisant un procédé de fluorescence a été développée et calibrée afin de mesurer des épaisseurs de films minces inférieures à 2 mm. Pour finir, l’étude expérimentale a permis de caractériser l’écoulement du film mince par l’étude statistique de son épaisseur, l’étude des régimes d’ondes de surface ainsi que son aire interfaciale
The aim of this study is to get a better knowledge of thin film flow inside column used to distil the gases of air under cryogenic conditions. Experimental characterisation of the liquid film thickness submitted to hydrodynamic conditions similar to those found in real processes is investigated in this work. First, operating conditions were defined that allow thin film flow in hydrodynamic similitude with cryogenic flows but under conditions close to standard temperature and pression. Then, an experimental setup was designed in order to realize liquid film flows down an inclined plate with and without counter-current air flow. An optical technique using fluorescence was built and calibrated in order to measure the thickness of liquid film up to 2 mm. Finally, thin liquid film flow characteristics were experimentally studied with special attention given to the statistical variation of film thickness, interfacial wave patterns and interfacial area

Ce sujet de thèse s'inscrit dans un domaine en plein développement depuis quelques décennies. Il comporte deux parties:La première partie fait suite à une série de travaux théoriques et numériques en écoulement vertical, effectués par Boudlal et Liapidevskii (Boudlal, LML). On considère un film liquide mince non-Newtonien dévalant une paroi plane inclinée. On cherche à construire des solutions d'ondes périodiques avec discontinuités (ODP) d'amplitude finie, et on met en évidence les conditions nécessaires d'existence de ces ODP. On fait une étude à la fois analytique et numérique de la stabilité non linéaire de ce type d'ondes. Les équations modulées pour un trains d'ondes quasi-périodiques avec discontinuités permettent d'aboutir à un critère de stabilité dépendant de deux paramètres (expression intégro-différentielle), difficile à mettre en œuvre pour le tracé des diagrammes de stabilité des ODP, à cause de la présence des singularités aux frontières d'hyperbolicité (amplitudes faibles et maximales). Pour lever ces singularités des formules asymptotiques sont établies. Pour illustrer ces résultats un calcul numérique permet, à l'aide des formules asymptotiques au voisinage des singularités, de présenter des diagrammes de stabilité pour quelques valeurs des paramètres de l’écoulement.La seconde partie de ce travail est dédiée à la simulation numérique de l'écoulement diphasique (gaz/liquide) stratifiés entre deux plans parallèles et inclinés par rapport à l'horizontale. Le comportement de l'interface entre les deux phases fluides est à l'heure actuelle l'un des sous-domaines les plus actifs de la mécanique des fluides numérique. Dans ce contexte, nous avons choisi d'utiliser un code de calcul permettant de résoudre à la fois les équations de Navier-Stokes et les équations constitutives d'un fluide viscoélastique par volumes finis (Gilflow) correspondant à un écoulement monophasique du liquide viscoélastique confiné entre deux parois planes horizontales. J’ai implémenté, avec succès, le modèle diphasique mettant en œuvre la méthode "Volume Of Fluid"(VOF). Le transport de l'interface est résolu à l’aide l'équation de transport de la fonction VOF. Les deux méthodes : Hirt-VOF et PLIC-VOF sont testées pour un écoulement diphasique en régime stratifié instationnaire (gaz/ liquide). Pour illustrer les résultats de la simulation numérique, la configuration (gaz/ liquide) stratifiés est présentée
This thesis is a part of a growing field in recent decades. It has two parts:The first section follows a series of theoretical and numerical works in vertical flow, made by Boudlal and Liapidevskii (Boudlal., LML). We consider a non-newtonian thin liquid film flowing in down inclined wall. We seek to construct solutions of periodic waves of finite amplitude with discontinuities, the so-called Roll waves (RW), the conditions of existence of these kind of waves are shown. We investigate both analytical and numerical nonlinear stability of these waves.The modulation equations for a quasi-periodic wave trains with discontinuities allow to lead a stability criterion, depending on two parameters (integro-differential expression). The main difficulty to establishthe stability domain is due of the presence of singularities near infinitesimal and maximal amplitudes. To remove these singularities the asymptotic formulas are obtained. To illustrate these results, a numerical calculation, using the asymptotic formulas, allows to pesent the stability diagrams for some values of the flow parameters.The second section of this work is dedicated to the numerical simulation of two-phase flow (gas / liquid) stratified between two parallel planes and inclined relative to the horizontal. The behaviour of the interface between the two phases is, at present, one of the most active sub-areas of computational fluid dynamics. In this context, we have chosen to use a code for solving both the Navier-Stokes equations and the constitutive equations of viscoelastic fluid with finite volumes (Gilflow) corresponding to a single phase flow of viscoelastic fluid confined between two horizontal plane walls. The two-phase flow model was here implemented successfully, by application of the "Volume Of Fluid" method (VOF). The transport of the interface is solved by using the transport equation of the VOF function. Both methods : Hirt-VOF and PLIC-VOF are tested for a two-phase flow in an unsteady stratified flow regime (gas / liquid). To illustrate this numerical simulation, the configuration (gas / liquid) stratified is here presented

Le couchage rideau est un procédé d'enduction sans contact qui permet un couchage " contour " d'une feuille de papier dont le point clé est la stabilité du rideau. Ce procédé semble devoir se développer dans les années à venir pour la production de papiers impression-écriture et de papiers et cartons d'emballages. Néanmoins, il existe aujourd'hui un écart important entre la stabilité théorique du rideau et les observations. Nous avons donc analysé par CFD l'écoulement interne dans un dispositif de couchage pilote avec différents fluides Newtoniens et Non-Newtoniens ainsi que l'écoulement externe sur le plan incliné de l'appareil. L'étude de l'écoulement interne par CFD a permis de faire ressortir la cause de vortex pouvant apparaître dans le dispositif. Pour avoir un écoulement sans vortex, le nombre de Reynolds à l'entrée doit être inférieur à une valeur critique égale à 20 pour la géométrie étudiée quel que soit le fluide utilisé. De plus la présence d'une seconde cavité permet de filtrer les perturbations pour des fluides peu rhéofluidifiants, ce qui est le cas des sauces de couchages pour des papiers WFC. Ces résultats ont été validés expérimentalement à l'aide de traceurs et de PIV en utilisant une réplique exacte en Plexiglas de la coucheuse rideau. Enfin en ce qui concerne l'étude de l'écoulement externe sur le plan incliné, l'utilisation de la CFD a permis de conclure que, pour les dispositifs de couchage utilisés et les conditions opératoires de nos industries, certains problèmes présentés dans la littérature ne devraient pas exister.

Nous nous intéressons à l'écoulement de milieux granulaires cohésifs soumis à des vibrations horizontales en vue d'une application au remplissage des moules de presse. L'effet des vibrations est analysé pour un grain ou un milieu granulaire déposé sur un plan incliné et un milieu granulaire contenu dans une conduite verticale de section constante. Pour un grain polyédrique, trois régimes sont identifiés : stick, stick-slip et slip. Un modèle basé sur le bilan des forces appliquées à un grain a permis de préciser les limites de ces trois domaines. La vitesse des grains tend vers une asymptote lorsque l'inclinaison est inférieure à 0,7 fois l'angle de frottement entre les grains et le plan. Par ailleurs, l'inertie du grain conduit à une réduction de l'amplitude de son oscillation lorsque l'accélération augmente. La comparaison modèle-expérience permet d'estimer le coefficient de frottement. Pour un milieu granulaire de faible épaisseur, nous retrouvons les mêmes tendances. Les milieux granulaires épais sont le lieu de forts cisaillements provoquant leur étalement très rapide. En conduite verticale, une compétition s'établit entre les déplacements horizontal et vertical des particules. Selon l'inertie, les vibrations appliquées pourront conduire soit à une dilatance soit à une compaction. Cette dernière provient du déplacement de la conduite et du milieu granulaire en sens opposé pendant une partie d'une période de vibration. Si le phénomène de compaction atteint le centre de la conduite, il se forme des arches qui bloquent l'écoulement. Les observations faites à l'échelle mésoscopique permettent d'interpréter les vitesses d'écoulement mesurées à l'échelle macroscopique
With the target to improve the feeding step during the moulding process, we study the flow of cohesive granular matter submitted to vibration. Vibration effects are first analyzed on the sliding motion of a single particle on inclined plane and also on granular matter sample deposited on an inclined plane or in a vertical funnel. For a single particle, three regimes are identified: stick, stick-slip and slip regimes. A simple model based on the movement equation of one grain allows to determinate the limits between the three regimes. The grain velocity reaches asymptote when the plane inclination is below 0.7 times the friction angle between the grain and the substrate. Otherwise, when the acceleration increases, the grain inertia leads to reduce the transverse amplitude of the grain oscillation motion. The comparison between experimental and numerical results allows to estimate a value for the friction coefficient parameter. For a granular sample, we find the same tendencies. Thick granular layers are submitted to high shear, causing a fast spreading. In vertical funnel, there is a competition between vertical and horizontal motions. Depending on granular inertia, submitted vibrations could lead to dilatancy due to the shear or lead to compaction. This compaction is due to an opposite motion direction between the sample and the funnel during one part of the period vibration. If the compaction reaches the center of the funnel, arches are formed and jammed the flow. Observations realized at mesoscopic scale allow to interpret flow velocities measured at macroscopic scale

Cette thèse est consacrée aux écoulements de grains secs en régime dense. Nous nous restreigons aux géométries de cisaillement simple, sur plan incliné ou en conduite verticale, autorisant l'étude d'écoulement stationnaires et uniformes. Nous mesurons les grandeurs permettant de discuter la loi de comportement : profils de vitesse, de compacité, et distribution des forces de contact.
En conduite verticale, le profil de vitesse est mesuré à la paroi par imagerie rapide, et à l'intérieur de l'écoulement par imagerie par résonnance magnétique nucléaire. On met en évidence la localisation du cisaillement près des parois, et l'invariance de la forme du profil de vitesse avec le débit, signe d'un régime d'écoulement quasi-statique. On a aussi étudié l'influence de la rugosité sur le profil des vitesses, et montré le caractère intermittent de ce type d'écoulement.
Sur le plan incliné, la simulation numérique discrète (méthode de dynamique des contacts) permet d'étudier des écoulements d'assemblées de disques polydisperses frottants et complètement inélastiques. Nous avons mis en évidence la plage des écoulements stationnaires et uniformes, limité par une épaisseur d'arrêt dépendant de l'inclinaison. Nous avons observé un profil de compacité constante, avec une décroissance de la compacité moyenne lorsque l'inclinaison augmente. Le profil de vitesse est convexe, et montre une zone d'influence du socle sur les dix premières couches et une zone centrale en accord avec la prédiction du modèle de Bagnold. La vitesse moyenne suit une loi d'échelle en accord avec l'observation de Pouliquen. L'étude du réseau de contact met en évidence des anisotropies importantes ainsi qu'une statistique étalée des forces de contacts. Enfin nous avons montré que le tenseur des contraintes se restreint essentiellement à la contribution des forces de contacts, et que la pression est isotrope.
Ces observations conduisent à une discussion du rôle relatif des collisions, du frottement, de la compacité, du socle et du réseau de contacts, et une comparaison qualitative des prédictions de plusieurs modèles rhéologiques est proposée. L'analyse micromécanique des problèmes couplés de frottement et rotation permet de comprendre la rotation moyenne des grains, et la réduction notable du frottement effectif entre grains.

Le calcul des efforts de coupe occupe une place centrale dans les travaux de modélisation en usinage car ces informations sont indispensables pour étudier les perturbations liées à l'usinage telles que la déflexion des outils ou des pièces usinées, les vibrations, l'usure des outils ainsi que l'intégrité de la surface obtenue. Dans cette optique, ces travaux ont pour but de proposer une modélisation thermomécanique prédictive du fraisage de forme en utilisant le modèle de la coupe oblique développé et validé par Moufki et al. (2004) basé sur l'étude des bandes de cisaillement adiabatiques en coupe orthogonale menée par Dudzinski & Molinari (1997). Le calcul des efforts de coupe est ainsi conduit à partir du comportement du matériau usiné et des conditions de frottement à l'interface outil-copeau. Les arêtes de coupe de la fraise sont décomposées en arêtes élémentaires rectilignes en position de coupe oblique. Le modèle géométrique est développé pour le cas du fraisage à 3 axes et prend en compte la géométrie des outils et des procédés, la description de l'avance de l'outil le long d'une trajectoire et son engagement dans la matière. Le faux-rond d'outil est modélisé pour intégrer sa forte influence sur les efforts de coupe. Des résultats expérimentaux d'efforts de coupe sont présentés et comparés à ceux du modèle pour différentes opérations de fraisage telles que le rainurage, le fraisage boule d'une surface gauche ainsi que d'un plan incliné. Ces essais permettent d'analyser la pertinence du modèle et l'évolution des efforts en fonction des conditions de coupe. Ils permettent en outre de collecter des informations sur l'usinabilité de l'acier 42CrMo4 sans lubrification
He prediction of cutting forces in machining is essential to enhance NC codes and then contributing to improve reliability, accuracy and productivity in CNC machining. In fact, it may give information about cutter deflection, machine tool chatter, tool wear and breakage, and then tool life and surface integrity can be optimised in selecting appropriate cutting conditions. The aim of this work is to propose an original and predictive model for milling operations using the oblique cutting approach developed and validated by Moufki et al. (2004) based on the study of adiabatic shear banding in orthogonal cutting conducted by Dudzinski & Molinari (1997). The cutting forces calculation is then achieved by introducing the thermomechanical behaviour of the workpiece material and tool-chip interface friction characteristics. The tool is decomposed into a series of elementary disks, and then the milling operation is supposed carried out by a series of infinitesimal cutting edge elements in oblique cutting position. The geometrical model necessary to perform the forces calculation is developed for a 3-axis milling configuration by considering the tool geometry, tool path, tool engagement in workpiece material and even tool run-out to reproduce its huge effect on cutting forces. The obtained model is applied to slotting and ball-end milling of a sculptured surface and of an inclined surface. These tests are very useful to validate a complete process modelling and to obtain information about the influence of cutting conditions on cutting forces. In addition, this experimental validation gives some information about dry cutting of a 42CrMo4 steel

Pour comprendre les mécanismes de déstabilisation, d'arrêt et de coexistence des phases statiques (solide) et coulantes (liquide), nous réalisons expériences et simulations numériques d'empilements granulaires modèles. Trois sujets ont été abordés au cours de cette thèse.
L'étude expérimentale de la transition d arrêt d'un empilement après un écoulement de surface met en évidence l'existence de relaxations de durée bien supérieure au temps de relaxation d'un grain sous l'action de son poids. Celle-ci est constituée de phases de relaxation et de réactivations liées à des déplacements corrélés des grains, prises en compte dans un modèle statistique.
L'étude numérique d'un empilement incliné en deçà de l'angle d'avalanche met en évidence l'influence du domaine métastable –au-delà de l'angle de repos– sur ses propriétés hystérétiques au cours de cycles quasi-statiques. Le réseau des contacts faibles est très affecté par le passage dans le domaine métastable. Les corrélations entre micro-structure, contrainte et déformation sont discutées.
Enfin, l'expérience d'un écoulement non confiné sur plan incliné permet d'étudier la loi d'écoulement dans le cas de la coexistence solide-liquide. Les caractéristiques s´electionnées par l'écoulement (épaisseur, largeur, vitesse) évoluent lentement avec le temps. La prise en compte de l'existence d'une couche basale statique permet de retrouver la corrélation entre épaisseur coulante et vitesse, comme pour un écoulement confiné, et de prédire la morphologie des dépôts (présence ou non de levées).

L'objectif de cette these est d'etudier le comportement d'une particule le long d'une pente rugueuse et de contribuer ainsi a une meilleure comprehension de ce type d'ecoulement, afin de modeliser les phenomenes qui interviennent a la surface d'un tas granulaire, en particulier la segregation par ecoulement. Le premier chapitre presente quelques-uns des principaux resultats obtenus par les differents auteurs qui ont mene des etudes sur les ecoulements granulaires (naturels ou modeles). Puis, apres avoir presente le dispositif experimental utilise (chapitre deux), nous consacrons les deux chapitres suivants aux differents regimes d'ecoulement observes sur notre plan: l'etude de ce qu'on a appele le seuil statique est ainsi traitee dans le chapitre trois, alors que les phenomenes dynamiques sont presentes et analyses dans le chapitre quatre. Le dernier chapitre est consacre a l'etude d'une situation collective: l'etude de l'angle de stabilite d'un tas a deux dimensions forme sur le plan

L'ecoulement d'un film mince visqueux le long d'un plan incline est un prototype d'ecoulement ouvert avec surface libre, caracterise par la presence d'ondes solitaires et d'une suite bien definie d'instabilites secondaires conduisant au chaos spatio-temporel. L'objectif de cette these est de developper des modeles mathematiques permettant une description a la fois qualitative et quantitative des instabilites secondaires tridimensionnelles du film. La demarche suivie combine une methode aux residus ponderes dans la direction normale au film a un developpement en gradients, ceci afin d'eliminer les degres de liberte esclaves de l'epaisseur h du film. Un premier modele, obtenu en utilisant les profils de vitesse asymptotiques au voisinage du seuil et une methode de moyennage et de collocations aux frontieres, est presente en annexe (ch. 10). Une demarche plus systematique est exposee ici et conduit au premier ordre a un systeme de deux equations couplees decrivant l'evolution de l'epaisseur h et du debit local q. Au second ordre le modele ainsi ecrit implique quatre equations. Cependant un modele au second ordre simplifie a deux champs (4. 65-4. 66) est obtenu en appliquant une methode de galerkin. A l'aide de la theorie des systemes dynamiques, la recherche des ondes stationnaires bidimensionnelles dans leur referentiel en mouvement met en evidence le role joue par la dispersion d'origine visqueuse quant a la possibilite de chaos homocline, a la forme des ondes solitaires et a la selection des familles d'ondes stationnaires. L'analyse de floquet des solutions de (4. 65-4. 66) reproduit les resultats theoriques anterieurs sans toutefois expliquer les observations experimentales. Enfin, les simulations numeriques du developpement spatial des solutions de (4. 65-4. 66) avec forcage periodique ou aleatoire se comparent tres favorablement a l'experience et a la simulation numerique directe.

Pour comprendre la grande mobilité des écoulements naturels, nous nous sommes intéressés à l'étude des écoulements granulaires monodisperses et bidisperses. L'étude des écoulements granulaires monodisperses a montré l'existence d'un diamètre de billes pour lequel la friction est maximum. Ce diamètre dépend des caractéristiques du plan rugueux (diamètre des rugosités et espacement entre les rugosités), et peut être déterminé à l'aide d'un modèle de stabilité sans paramètre ajustable. L'étude des écoulements bidisperses a mis en évidence, du fait de la répartition inhomogène des billes lors de l'écoulement, de nombreuses interactions, répartis suivant deux effets : les « effets de lignes » qui ont une influence sur la morphologie du dépôt (formation ou non de doigt) et les « effets d’interface » (interactions des petites billes avec le plan rugueux et interaction des petites billes avec les grosses billes) qui ont une influence sur l’épaisseur du dépôt et sur la rhéologie de ces écoulements.

Les risques naturels tels que les laves torrentielles constituent des menaces réelles pourles zones urbanisées de montagne. Les bâtiments et infrastructures peuvent être exposésà de grandes forces d’impact en cas d’évènement extrême. La réduction de cette menace,par des ouvrages de protection, impose de quantifier l’impact de ces écoulements sur lesstructures, qu’elles soient flexibles ou rigides.Tout d’abord, un écoulement granulaire sec, composé de particules non-sphériquesglissant sur un plan incliné, est modélisé en utilisant une loi de contact visco-élastiqueavec critère de rupture de Mohr-Coulomb. Des données expérimentales de la littératureont été utilisé pour calibrer et valider le modèle. À cette fin, la forme de la particule,l’épaisseur de l’écoulement et la forme finale du dépôt sur le mur sont considerés. Lavalidation est basée sur l’impact sur un mur rigide divisé en six segments. La principalecontribution de la force totale normale appliquée sur le mur est due à la composantedynamiques. La distribution hétérogène de la force normale sur chaque partie du murest due au développement des chaînes de force différent pour chaque arrangement desparticules.Ensuite, un filet est modélisé en utilisant des éléments cylindriques. L’impact sur lefilet est modélisé en utilisant le même modèle d’écoulement que précédemment. Le rôledes dissipateurs d’énergie apparaît essentiel pour réduire la force d’impact sur le filet etlimiter la force appliquée sur les points d’ancrage latéraux.Pour la première fois, des simulations montrent que pour un même écoulementgranulaire la force d’impact est plus élevée pour un obstacle rigide, avec une différencede 50% par rapport à un obstacle flexible. les simulations permettent de définir quelquesrecommandation pour le dimensionnement des filets. Il est constaté que l’utilisationviiid’un maillage de filet plus petit que D90 de l’écoulement est acceptable en termes decapacité à retenir les matériaux en écoulement. En plus, si le câble en bas du filet n’estpas fixé, le filet pourrait perdre totalement sa capacité de retenue
Natural hazards such as debris flows are real threat to the urbanization of mountainousareas. Local communities and infrastructures can be exposed to large impact forces inextreme debris events. Mitigation of such threats requires, along other measures, theestimation of the impact of such flows on protection structures (rigid walls and flexiblebarriers). In this thesis, Discrete Element Method (DEM) is used to model the granularflow, the rigid walls and flexible barriers.First, a dry granular flow made of non-spherical particles flowing in inclined plane ismodeled using a visco-elastic contact law with Mohr-Coulomb failure criterion. Experimentaldata from the literature is used to calibrate and validate the model. The modelis calibrated based on the shape of the particle, the flow thickness and the final shapeof the deposit on the wall. Validation procedure is based on the impact on a rigid walldivided into six segments. The main contribution of total normal force applied on thewall is found to be due to the dynamic component. On the micro-scale, development offorce chains is believed to cause heterogeneous distribution of normal force on each partof the wall, for multiple same-test conditions.Next, a flexible barrier is modeled using cylindrical elements. The impact on thebarrier is modeled using the same flow model used for wall-impact problem. The use ofenergy dissipators is found to be essential for minimizing the impact force on the barrier,and thus controlling the force applied on the lateral anchors.By comparing a rigid wall and a flexible barrier for the same flow, we found thatthe rigid wall is exposed to higher impact force, due its high global stiffness comparedwith the flexible barrier. Next, different simulations are carried out to recommend designguidelines for the flexible barrier. It is found that using a mesh size as large as D90 of theviflow is acceptable in terms of mass retaining capacity. In addition, not fixing the bottomcable of flexible barriers might lead to the total loss of its retaining capacity in extremeevents

Pour comprendre la grande mobilité des écoulements naturels, nous nous sommes intéressés à l'étude des écoulements granulaires monodisperses et bidisperses. L'étude des écoulements granulaires monodisperses a montré l'existence d'un diamètre de billes pour lequel la friction est maximum. Ce diamètre dépend des caractéristiques du plan rugueux (diamètre des rugosités et espacement entre les rugosités), et peut être déterminé à l'aide d'un modèle de stabilité sans paramètre ajustable. L'étude des écoulements bidisperses a mis en évidence, du fait de la répartition inhomogène des billes lors de l'écoulement de nombreuses interactions, réparties suivant deux effets : les “effets de lignes” qui ont une influence sur la morphologie du dépôt (formation ou non de doigt) et les “effets d'interface” (interactions des petites billes avec le plan rugueux et interaction des petites billes avec les grosses billes) qui ont une influence sur l'épaisseur du dépôt et sur la rhéologie de ces écoulements.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GilmaraLRA_DISSERT.pdf: 1784124 bytes, checksum: 3fa88890e9688357a4f14429c6d94ab0 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29
Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior
This work presents the analysis of an antenna of fractal microstrip of Koch with dielectric multilayers and inclinations in the ground plane, whose values of the angles are zero degree (without inclinations), three, seven and twelve degrees. This antenna consists of three dielectric layers arranged vertically on each other, using feeding microstrip line in patch 1, of the first layer, which will feed the remaining patches of the upper layers by electromagnetic coupling. The objective of this work is to analyze the effects caused by increase of the angle of inclination of the ground plane in some antenna parameters such as return loss, resonant frequency, bandwidth and radiation pattern. The presented results demonstrate that with the increase of the inclination angle it is possible to get antennas with characteristics multiband, with bigger bandwidth, and improving the impedance matching for each case analyzed, especially the larger angle
Este trabalho apresenta a an?lise de uma antena de microfita fractal de Koch com multicamadas diel?tricas e inclina??es no plano de terra, cujos valores dos ?ngulos s?o zero grau (sem inclina??es), tr?s, sete e doze graus. Esta antena ? constitu?da por tr?s camadas diel?tricas dispostas verticalmente umas sobre as outras, utilizando alimenta??o por linha de microfita no patch 1, da primeira camada, que ir? alimentar os demais patches das camadas superiores por acoplamento eletromagn?tico. O objetivo deste trabalho ? analisar os efeitos causados pelo aumento do ?ngulo de inclina??o do plano de terra em alguns par?metros da antena, tais como perda de retorno, frequ?ncia de resson?ncia, largura de banda e diagrama de radia??o. Os resultados apresentados demonstram que com o aumento do ?ngulo de inclina??o ? poss?vel obter antenas com caracter?sticas multibanda, com maiores larguras de banda, al?m de melhoramento do casamento de imped?ncias para cada caso analisado, sobretudo os de maior ?ngulo de inclina??o

Les dispositifs comportant des géosynthétiques constituent un plan de glissement privilégié lorsqu'ils sont disposés sur les pentes d'ouvrages de génie civil et leur stabilité doit être vérifiée avec soin. Dans ce but, pour améliorer la caractérisation du frottement aux interfaces géosynthétiques et donc le dimensionnement des dispositifs sur pentes, un appareillage de type "plan incliné" a été conçu. De nouvelles procédures d'essais et leurs méthodes d'interprétations associées ont été développées. Elles apportent une nouvelle approche de la caractérisation du frottement aux interfaces et permettent une configuration du plan incliné adaptée à l'application de conditions hydrauliques. Les résultats des essais au plan incliné, et notamment l'influence des conditions hydrauliques sur la stabilité, ont été validés par deux expérimentations en vraie grandeur. Parallèlement à ces expérimentations, nous avons développé un logiciel de calcul de la stabilité des dispositifs géosynthétiques sur pentes. L'utilisation de ces différents outils permet de déterminer l'effort éventuel à reprendre par ancrage en tête de talus. Pour compléter l'étude menée, nous avons étudié le dimensionnement des tranchées d'ancrage en développant un appareillage un banc d'ancrage spécifique et en ayant recours à une modélisation numérique par éléments distincts. A partir d'un travail expérimental important conforté par des applications à des cas réels et une modélisation numérique, la présente recherche apporte de nombreux éléments nouveaux dans l'approche de l'étude de la stabilité des dispositifs géosynthétiques sur pentes.

L'évaporation par convection naturelle laminaire d'un film d'eau ruisselant sur une paroi plane inclinée soumise à un flux de chaleur uniforme de densité constante est analysée numériquement et expérimentalement. Le couplage des équations qui régissent les transferts dans les deux phases est assuré par la continuité des densités de flux de chaleur et de masse ainsi que par celles des contraintes de cisaillement. Les équations de transferts adimensionnelles sont discrétisées par la méthode des volumes finis et résolues par les algorithmes de Gauss et de Thomas. L'adéquation entre le champ de vitesse et de pression est assurée par l'algorithme SIMPLE. Les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont calculées respectivement à partir de l'équation du bilan thermique et massique à l'interface liquide-vapeur par la méthode de la sécante et d'une procédure itérative basée sur la vérification des conditions aux limites avec le milieu ambiant. Les résultats sont présentés sous forme de profils de vitesses, de températures et de concentrations de vapeur d'eau dans les deux phases ainsi que par les nombres de Nusselt et de Sherwood locaux et moyens. Nous analysons l'influence du débit d'eau, de la densité de flux de chaleur et de l'angle d'inclinaison de la plaque sur les épaisseurs des deux phases, les distributions de températures, les vitesses, les concentrations de vapeur d'eau et les valeurs locales et moyennes des nombres de Nusselt et de Sherwood. Les résultats montrent notamment que les transferts de chaleur et de masse ainsi que les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont fortement influencés par le débit d'eau, la densité de flux de chaleur et l'angle d'inclinaison de la plaque
The evaporation by laminar natural convection of a water film streaming along an inclined plane plate and subjected to an uniform and constant heat flux density is performed numerically and experimentally. The linkage between heat and mass transfer in the two phases is ensured by the continuity at the liquid-vapor interface of the heat and mass flux densities and shear stresses. Dimensionless transfers equations are solved by the finite volume method, Gauss and Thomas algorithms. The SIMPLE algorithm assumes the linkage between velocity and pressure fields. The liquid film and the vapor phase thickness are respectively determined by solving the heat and mass balance at the liquid-vapor interface by the secant method and by an iterative procedure to check the ambient conditions. Results are presented as velocity, temperatures, and vapor concentration profiles in the two phases and the local and average Nusselt and Sherwood numbers. The effect of the water flow rate, the heat flux density and the plate inclination on the thickness of the two phases, the temperatures, the velocity, the water vapor concentrations distributions and the local and average Nusselt and Sherwood numbers have been investigated. Results show that the heat and mass transfers and the liquid and vapor phase thicknesses are strongly influenced by the water flow rate, the heat flux density and the plate inclination

A des fins architecturales ont ete realisees une etude theorique et une analyse experimentale du mouvement d'un film liquide continu de faible epaisseur le long d'une paroi avec un ecoulement d'air permanent. Les principaux parametres definissant le probleme sont mis en evidence (mesure de l'epaisseur du film et du gradient de vitesse contre la paroi solide). La plus importante application envisagee pour cette methode concerne le comportement a la pluie et au vent de differentes parties du batiment (joints, elements architectoniques formant gouttes d'eau et rejets d'eau, facades). (cstb)

Spinal adaptive response in the frontal plane was investigated in relationship to pelvic unleveling during gait. Kinematic data were collected from 10 healthy adult subjects (5 male, 5 female) for walking and running on the treadmill at self-selected speeds. Spine and pelvic kinematic patterns and ranges of motion (ROM) were investigated with gender, speed and slope as factors. Speed and slope had the greatest impact on changes in the amplitude of the spine's kinematic patterns. Interaction effects were seen for speed and slope for the ROM, particularly of the greater trochanter (p < .047), PSIS (p < .011) and for the shoulders (p < 0.077). Gender presented more changes in the pelvic kinematics than the spine's kinematics. A significant trend in the females of greater ROM for T8 with increases in speed and slope was shown (p < 0.001). From this study it was concluded that speed, slope and gender were significant factors that affect the spine's ability to adapt to pelvic unleveling. In all conditions there was a coupled relationship found between the thoracic spine, lumbar spine and pelvis. In particular there was an oppositional movement found within the spine such that as the lumbar spine had convexity towards the swing leg then the thoracic spine had the opposite convexity. Hence, these factors are important when assessing posture and biomechanics of running and walking.

Submitted by SILVANA ROCHA DA SILVEIRA null (silvana.silveira@anhanguera.com) on 2017-11-29T13:04:22Z No. of bitstreams: 1 Análise do comportamento do centro de pressão (CoP) na posição ereta quieta em situação de aclive, declive e horizontal diante da movimentação cefálica..pdf: 2182243 bytes, checksum: fd39ef1b65f1cbb09db1e3c1d618854b (MD5)
Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2017-11-29T14:23:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silveira_sr_dr_guara.pdf: 2182243 bytes, checksum: fd39ef1b65f1cbb09db1e3c1d618854b (MD5)
Made available in DSpace on 2017-11-29T14:23:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silveira_sr_dr_guara.pdf: 2182243 bytes, checksum: fd39ef1b65f1cbb09db1e3c1d618854b (MD5) Previous issue date: 2017-09-29
O controle postural é um requisito imprescindível para a execução das habilidades motoras durante as tarefas das atividades de vida diária, logo, há a necessidade constante de ajuste dos segmentos corporais para garantir a autonomia e independência da mobilidade humana, dentro da conjuntura da acessibilidade. Os ajustes posturais são resultantes da interação do sistema sensório–motor e da sua correlação com o meio ambiente, produzindo orientação e estabilidade postural esperada durante a execução das atividades diárias, sendo ela estática ou dinâmica. Deste modo, o objetivo do estudo foi analisar e comparar o comportamento do centro de pressão na posição ereta quieta em situação de aclive, declive e horizontal diante da movimentação cefálica, entre três grupos com faixas etárias diferentes. O estudo transversal foi composto de 28 indivíduos, de ambos os gêneros, divididos em três grupos por faixas etárias (20 a 29 anos, 30 a 59 anos e acima de 60 anos), de acordo com os critérios de inclusão. O instrumento de avaliação constituiu-se por uma plataforma de força acoplada numa rampa com 15° e em um platô horizontal. A coleta dos dados seguiu um protocolo pré-determinado, envolvendo a posição ereta quieta com olhos abertos (OA), em quatro condições cefálicas, em três situações: aclive, declive e horizontal. Os dados obtidos foram trabalhados por meio do programa Matlab® e para a análise estatística foi aplicado o programa Action Start, utilizando a análise descritiva dos dados e o Teste Anova: fator único, Teste-t: duas amostras em par para média e Teste-t: duas amostras presumindo variâncias diferentes. Os resultados do presente estudo apontaram que a oscilação do CoP na posição ereta quieta com olhos abertos, se alteram diante das condições em que o segmento cefálico encontra – se em movimento, independente das situações de aclive, declive e horizontal, principalmente nos grupos com faixa etária igual ou superior a 60 anos
Postural control is an essential requirement for the performance of motor skills during daily activities, so there is a constant need to adjust the body segments to ensure the autonomy and independence of human mobility, within the context of accessibility. Postural adjustments result from the interaction of the sensor - motor system and its correlation with the environment, producing orientation and postural stability expected during the execution of daily activities, being static or dynamic. Thus, the objective of the study was to analyze and compare the behavior of the pressure center in the standing upright position in slope, slope and horizontal situation in front of the head movement, between three groups with different age groups. The cross-sectional study consisted of 28 individuals of both genders, divided into three groups by age group (20 to 29 years, 30 to 59 years and above 60 years), according to the inclusion criteria. The evaluation instrument consisted of a force platform coupled on a ramp with 15 ° and a horizontal plateau. Data collection followed a predetermined protocol, involving the standing upright position with open eyes (OA), in four cephalic conditions, in three situations - slope, slope and horizontal. The data obtained were worked through the Matlab® program and for the statistical analysis the Action program was applied using descriptive data analysis and the Anova test: single factor, t-test: two samples in pairs for mean and t-test: Two samples assuming different variances. The results of the present study pointed out that the oscillation of the CoP in the quiet standing position with open eyes, are altered by the conditions in which the cephalic segment is in motion, independent of slope, slope and horizontal situations, Aged 60 years or over

Within the bearing chamber of a gas turbine aero-engine, lubrication of the shaft and other bearings is achieved by an oil film which may become significantly disturbed by interacting with a range of chamber geometries which protrude from the chamber wall. Minimizing these disturbances and preventing possible dry areas is crucial in optimizing a bearing chambers design. In addition, multiple obstructions may be located close to one another, resulting in a more complex disturbed film profile than by individual obstacles. Prediction of the disturbance of the film is an important aspect of bearing chamber design. For analysis of the film profile over or around a local obstacle, typical bearing chamber flows can be approximated as an incompressible thin film flow down an inclined wall driven by gravity. The Reynolds number of thin film flows is often small, and for the bulk of this thesis a Stokes flow assumption is implemented. In addition, thin films are often dominated by surface tension effects, which for accurate modelling require an accurate representation of the free surface profile. Numerical techniques such as the volume of fluid method fail to track the surface profile specifically, and inaccuracies will occur in applying surface tension in this approach. A numerical scheme based on the boundary element method tracks the free surface explicitly, alleviating this potential error source and is applied throughout this thesis. The evaluation of free surface quantities, such as unit normal and curvature is achieved by using a Hermitian radial basis function interpolation. This hermite interpolation can also be used to incorporate the far field boundary conditions and to enable contact line conditions to be satisfied for cases where the obstacle penetrates the free surface. Initial results consider a film flowing over an arbitrary hemispherical obstacle, fully submerged by the fluid for a range of flow configurations. Comparison is made with previously published papers that assume the obstacle is small and / or the free surface deflection and disturbance velocity is small. Free surface profiles for thin film flows over hemispherical obstacles that approach the film surface are also produced, and the effects of near point singularities considered. All free surface profiles indicate an upstream peak, followed by a trough downstream of the obstacle with the peak decaying in a “horseshoe” shaped surface deformation. Flow profiles are governed by the plane inclination, the Bond number and the obstacle geometry; effects of these key physical parameters on flow solutions are provided. The disturbed film profiles over multiple obstacles will differ from the use of a single obstacle analysis as their proximity decreases. An understanding of the local interaction of individual obstacles is an important aspect of bearing chamber design. In this thesis the single obstacle analysis is extended to the case of flow over multiple hemispheres. For obstacles that are separated by a sufficiently large distance the flow profiles are identical to those for a single obstacle. However, for flow over multiple obstacles with small separation, variations from single obstacle solutions maybe significant. For flow over two obstacles placed in-line with the incident flow, variations with flow parameters are provided. To identify the flexibility of this approach, flows over three obstacles are modelled. The calculation of flows around obstacles provides a greater challenge. Notably, a static contact line must be included such that the angle between the free surface and the obstacle is introduced as an extra flow parameter that will depend both on the fluid and the obstacle surface characteristics. The numerical models used for flow over hemispheres can be developed to consider film flow around circular cylinders. Numerical simulations are used to investigate flow parameters and boundary conditions. Solutions are obtained where steady flow profiles can be found both over and around a cylindrical obstacle raising the awareness of possible multiple solutions. Flow around multiple obstacles is also analyzed, with profiles produced for flow around two cylinders placed in various locations relative to one another. As for flow over two hemispheres, for sufficiently large separations the flow profiles are identical to a single obstacle analysis. For flow around two obstacles spaced in the direction of the flow, effects of altering the four governing parameters; plane inclination angle, Bond number, obstacle size, and static contact angle are examined. The analysis of flow around three cylinders in two configurations is finally considered. In addition, for two obstacles spaced in-line with the incident flow, the numerical approaches for flow over and flow around are combined to predict situations where flow passes over an upstream cylinder, and then around an identical downstream cylinder. The final section of this thesis removes the basic assumption of Stokes flow, through solving the full Navier-Stokes equations at low Reynolds number and so incorporating the need to solve nonlinear equations through the solution domain. An efficient numerical algorithm for including the inertia effects is developed and compared to more conventional methods, such as the dual reciprocity method and particular integral techniques for the case of a three-dimensional lid driven cavity. This approach is extended to enable calculation of low Reynolds number film profiles for both flow over and around a cylinder. Results are compared to the analysis from previous Stokes flow solutions for modest increases in the Reynolds number.

A ética e a luta pela equidade social e melhoria da qualidade de vida das populações impulsiona a busca pela universalização do atendimento do serviço energético e pela utilização racional dos recursos renováveis existentes em cada local. Nesse sentido, o aproveitamento da energia solar apresenta-se como uma excelente alternativa, seja para disponibilizar pequenas quantidades de energia elétrica, utilizando-se de geradores fotovoltaicos, seja para o aquecimento de água ou ainda para o condicionamento ambiental de edificações. Em qualquer desses casos, são necessárias informações confiáveis sobre o recurso solar disponível. O presente trabalho se insere nesse contexto buscando, além de propor um padrão para instalação de estações solarimétricas, para o sistema de unidades utilizado e para a rotina de calibração e manutenção dos equipamentos, caracterizar a radiação solar no Estado de São Paulo, tendo como um de seus objetivos oferecer dados de irradiação solar diária média mensal, centrando a atenção na cidade de São Paulo e no Vale do Ribeira, no litoral sul do Estado de São Paulo. Esta última área, localizada no município de Cananéia, possui baixos índices de eletrificação rural e grande potencial de utilização de sistemas fotovoltaicos para suprir a demanda de residências isoladas. Como, em geral, os painéis para aproveitamento do recurso solar são instalados em uma determinada inclinação, para se dimensionar corretamente um sistema é necessário transformar os dados de irradiação solar de plano horizontal para plano inclinado. Assim, foram testados os diversos modelos presentes na literatura para o cálculo da irradiação global diária mensal em plano inclinado a partir de dados em plano horizontal. Todos esses modelos necessitam de dados de irradiação difusa, ou seja, a irradiação proveniente de toda a esfera celeste, menos diretamente do Sol, para poderem ser utilizados. Dessa maneira, o presente trabalho buscou testar os diversos modelos que calculam a irradiação difusa a partir da irradiação global e, com a verificação da inadequação desses, propõe uma nova correlação, mais apropriada para nossa realidade.
Ethics, and the struggle both for social equity and the improvement of the standard of living of populations, drive the efforts for both the universalization of energy provision and the rational utilization of existing renewable resources. Accordingly, utilizing solar energy presents itself as an excellent alternative, whether it is to make available small quantities of electric energy, utilizing photovoltaic generators, for heating water, or for environmental conditioning. Whatever the case, it is necessary to have reliable information on available solar resource. This work seeks to develop standards for implementation of solarimetric stations, for the unit system to be utilized and for the routine of calibration and maintenance of equipment. It also seeks to characterize solar radiation in the state of São Paulo, with one of its objectives being the supply of data of monthly average daily irradiation in the city of São Paulo and the Ribeira Valley (south coast of São Paulo state). The latter has low levels of rural electrification and great potential for utilizing photovoltaic systems in the supply of energy for isolated residences. As solar panels are generally installed on a sloped surface, the correct dimensioning of systems requires converting solar irradiation data from horizontal plane to tilted plane. Thus, several models presented in the literature that calculate monthly average daily irradiation on inclined plane from available data measured on horizontal plane were tested. All such models need diffuse irradiation data, that is, irradiation originating from the entire sky, except that originating directly from the sun, to be utilized. For this reason, this work sought to test several models that establish correlations for the calculation of diffuse solar irradiation from global solar irradiation. As the inadequacy of such models was verified, this proposes a new correlation that is more appropriate for the conditions of the state of São Paulo.

Etude de l'influence de la teneur en eau initiale du materiau de sa structure, des conditions ambiantes et de l'inclinaison de la plaque sur les transfert de chaleur et de masse dans la couche limite et le materiau poreux non sature

Apesar da incerteza a respeito dos efeitos de alguns marcadores fisiológicos e biomecânicos durante a corrida em plano inclinado (CPI), em comparação com a corrida em plano horizontal (CPH), variáveis fisiológicas tais como o consumo máximo de Oxigênio (VO2máx), a frequência cardíaca (FC) e a concentração de lactato sanguíneo apresentam maiores valores durante a CPI (aclive) em comparação com a CPH, implicando em uma maior carga mecânica nos músculos de membros inferiores. O presente estudo investigou o comportamento de variáveis fisiológicas e biomecânicas preditoras do desempenho da corrida de longa-distância realizada nos planos horizontal (0%) e inclinado (7%). Vinte corredores do sexo masculino (idade: 26,3 ± 6,7anos; massa corporal: 74,1 ± 9,2kg; estatura: 175 ± 0,05m; gordura corporal: 8,0 ± 2,8%) foram submetidos a dois testes incrementais e dois testes de Economia de Corrida a 10 km.h-1, todos em esteira rolante a 0% e 7% de inclinação, para a determinação do VO2máx, da velocidade máxima (pico) de corrida (vVO2máx), dos limiares ventilatórios (LVs), da FC submáxima, do consumo submáximo de oxigênio (ECO) e da magnitude de variáveis espaço-temporais da técnica de corrida, precedidos de um teste de força máxima (em leg press) e duas provas simuladas de 5.000 m em pista (0 %) e em plano inclinado (7%). Foi feita análise descritiva e aplicados os testes de Normalidade, Correlação Produto Momento de Pearson e Regressão Linear Múltipla, todos com α de 0,05. Verificaram-se fortes relações das variáveis fisiológicas vVO2máx (- 85,55%), 1o LV (- 7,42%), 2o LV (- 0,06%) e FC de ECO (6,92%) com o desempenho para a CPH, sendo o coeficiente de determinação do modelo de 80 %. Para a situação de CPI as variáveis fisiológicas 2o LV (16,70%), vVO2máx (72,30%) e FC de ECO (11,00%) foram as que apresentaram maiores relações com o desempenho, sendo o coeficiente de determinação do modelo correspondente a 69%. Para ambas as situações, as variáveis fisiológicas apresentaram maiores associações com o desempenho em comparação com as variáveis biomecânicas adotadas no presente estudo. Dessa maneira, conclui-se que o desempenho de corridas de longa-distância (i. e., 5.000 m), realizadas em plano horizontal e/ou inclinado, pode ser melhor predito considerando-se o comportamento de variáveis fisiológicas tais como a vVO2máx.
Despite the uncertainty about the effects of some physiological and biomechanical markers during the slope running (SR) compared with running in the horizontal plane (PR), physiological variables such as maximal oxygen uptake (VO2max), heart rate (HR) and blood lactate concentration have higher values for the SR (slope) compared to the PR, resulting in a greater mechanical load on the muscles of the lower limbs. The present study investigated the behavior of physiological and biomechanical performance predictors of long-distance race held in horizontal (0%) and inclined (7%) planes. Twenty male runners (age: 26.0 ± 6.7 years; body mass: 74.1 ± 0.0 kg; height: 175 ± 0.05 m, body fat: 8.0 ± 2.8%) performed two incremental maximal tests and two running economy tests at 10 km h-1, all on a treadmill at 0% and 7% gradient, for determining the VO2max, maximum speed (peak) race (vVO2max), ventilatory threshold (VTs), submaximal heart rate (HR), submaximal oxygen consumption (ECO), and spatiotemporal variables of running technique, preceded by a maximum force test (leg press) and two tests simulated 5,000 m on the track (0%) and slope (7%). We carried out descriptive analysis and applied the Normality tests, Correlation Product Moment of Pearson and Multiple Linear Regression, all with 0.05 α. There were strong relationships of physiological variables vVO2max (- 85.55%), 1 (LV - 7.42%), 2 (LV - 0.06%) and HR of ECO (6.92%) with the performance for PR and the coefficient of determination of 80% model. For the SR situation physiological variables second TV (16.70%), vVO2max (72.30%) and HR of ECO (11.00%) showed the highest ratios with the performance, and the determination of the corresponding model coefficient to 69%. For both situations, physiological variables showed stronger associations with the performance compared to the biomechanical variables used in this study. Thus, it is concluded that the performance of long-distance running (i. e., 5.000 m) held in horizontal and / or inclined plane, may be better predicted by considering the behavior of physiological variables such as vVO2max.

Film flow of a suspension has been investigated both experimentally and theoretically. Gravity-driven free-surface inclined plane flow of a suspension of neutrally buoyant particles has been investigated using a stereoscopic particle imaging velocimetry technique. Particles have been shown to migrate away from the solid surface, and the film thickness has been shown to decrease as the fluid moves down the inclined plane. The free surface has been characterized using a light reflection technique, which shows that surface topography is affected by the inclination angle, and the particle concentration. This flow has been modeled based on a suspension normal stress approach. A boundary condition at the free surface has been examined, and model predictions have been compared with experimental results. The model predicts that the film thickness, relative to its initial value, will decrease with the bulk particle concentration. The thin film flow over the inner cylinder in partially filled Couette flow of a suspension has been experimentally investigated as well as modeled. Concentration bands have been shown to form under a variety of different fill fractions, bulk particle concentrations, inclination angles, ratio of inner to outer cylinder, and rotation rates of the inner cylinder. The banding phenomena ranges from a regime where bands are small, mobile and relatively similar in concentration to the bulk, to a regime where the concentration bands are larger, stationary, and where the space between them is completely devoid of particles. The role of the film thickness in the band formation process has been investigated, and has led to a model for the band formation process based on a difference in the rate that fluid can drain from height fluctuations relative to the particles.

The need for effective disposal of huge volumes of industrial waste is becoming more challenging due to expected imposition of stringent pollution control regulations in the near future. Thermochemical conversion, particularly gasification of organics in the waste is considered the best route from the perspective of volume reduction and prevalent eco-friendly concept of waste-to-energy transformation. It is considered imperative to have adequate understanding of basic combustion features as a part of the thermochemical conversion process, leading to gasification. The aim of this thesis is to understand the fundamental combustion processes associated with one of the top listed hazardous wastes from distilleries (Biochemical Oxygen Demand (BOD) ~ 40,000 - 50,000 mg/L), commonly known as vinasse, stillage or spent wash, through experiments and modeling efforts. Specially designed experiments on distillery effluent combustion and gasification are conducted in laboratory scale reactors. As an essential starting point of the studies on ignition and combustion of distillery effluent containing solids consisting of 62 ± 2 % organics and 38 ± 2 % inorganics (primarily sugarcane derivatives), the roles of solids concentration, drop size and ambient temperature were investigated through experiments on (1) liquid droplets of 65 % and 77 % solids (remaining water) and (2) spheres of dried effluent (100 % solids) of size 0.5 mm to 20 mm diameter combusted at ambient temperatures of 773 to 1273 K. The investigation reveals that the droplets burn with two distinct regimes of combustion, flaming and char glowing. The ignition delay ‘t1’ of the droplets increased with size as is in the case of non-volatile droplets, while that of bone-dry spheres was found to be independent of size. The ‘t1’ decreased with increase in solids concentration. The ignition delay has showed an Arrhenius dependence on temperature. The initial ignition of the droplets and the dry spheres led to either homogeneous (flaming) or heterogeneous (flameless) combustion, depending on the ambient temperature in the case of sphere and on solid concentration and the ambient temperature, in the case of liquid droplets. The weight loss during the flaming combustion was found to be 50 - 80 % while during the char glowing it was 10-20 % depending on the ambient temperature. The flaming time tc is observed as tc~ d2c , as in the case of liquid fuel droplets and wood spheres. The char glowing time tc' is observed as tc ~ d2c as in the case of wood char, though the inert content of effluent char is as large as 50 % compared to 2 - 3 % in wood char. In the case of initial flameless combustion, the char combustion rate is observed to be lower. The heterogeneous char combustion in quiescent air in controlled temperature conditions has been studied and modeled using one-dimensional, spherico-symmetric conservation equations and the model predicts most of the features of char combustion satisfactorily. The measured surface and core temperatures during char glowing typically are in the range of 200 to 400 K and are higher than the controlled temperature of the furnace. Based on the results of single droplet combustion studies, combustion experiments were conducted in a laboratory scale vertical reactor (throughput ranging from 4 to 10 g/s) with the primary aim of obtaining sustained combustion. Spray of effluents with 50 % and 60 % solids (calorific value 6.8 - 8.2 MJ/kg), achieved by an air blast atomizer, was injected into a hot oxidizing environment to determine the parameters (ambient temperature and air-fuel ratio) at which auto-ignition could occur and subsequently studies were continued to investigate pre-ignition, ignition and combustion processes. Effluent with lower solids concentration was considered first from the point of view of the less expensive evaporator required in the field conditions for concentration and a spin-off in terms of better atomization consequently. Three classes of experiments were conducted: 1) Effluent injection from the wall with no auxiliary heat input, 2) Effluent injection with auxiliary heat input and 3) effluent injection within kerosene enveloping flame. Though individual particles in the spray periphery were found to combust, sustained spray combustion was not achieved in any of the three sets of experiments even with fine atomization. While conducting the third class of experiments in an inclined metallic reactor, sustained combustion of the pool resulting of accumulated spray seemed to result in large conversion of carbon. This led to the adoption of a new concept for effluent combustion in which the residence time is controlled by varying reactor inclination and the regenerative heat transfer from the product gases supplies heat for endothermic pre-ignition process occurring on the bed. Combustion and gasification experiments were conducted in an inclined plate reactor with rectangular cross section (80 mm x 160 mm) and 3000 mm long. A support flame was found necessary in the injection zone in addition to the regenerative heat transfer. Effluent with 60% solids was injected as film on the reactor bed. This film disintegrated into fine particles due to induced aerodynamic stretching and shear stripping. Combustion of individual particles provided exothermic heat profile and resulted into high carbon conversion. However, effluent clogging in the cold injection zone hindered system from attaining steady state. Effluent injected directly on the hot zone caused it to remain mobile due to the spheroidal evaporation and thus assuaging this problem. Improved mass distribution was achieved by displacing nozzle laterally in a cycle, actuated by a mechanism. Consistent injection led to sustained effluent combustion with resulting carbon conversion in excess of 98 %. The typical gas fractions obtained during gasification condition (air ratio = 0.3) were CO2 = 14.0 %, CO = 7.0 %, H2 = 12.9 %, CH4 - 1 % H2S = 0.6 - 0.8 % and about 2 % of saturated moisture. This composition varied due to variation in temperature (± 30 K) and is attributed to combined effect of local flow variations, shifting zones of endothermic processes due to flowing of evaporating effluent over a large area. In order to minimize this problem, experiments were conducted by injecting effluent at higher solids (73 % solids is found injectable). The effluent was found to combust close to the injection location-due to the reduced ignition delay and lower endothermic evaporation load helped raising the local temperature. This caused the pyrolysis to occur in this hottest zone of the reactor with higher heating rates resulting in larger yield of devolatilized products and improved char conversion. Effluent combustion was found to sustain temperature in the reactor under sub-stoichiometric conditions without support of auxiliary heat input and achieved high carbon conversion. These results inspired the use of higher concentration effluent, which is also known in the case of wood to have improved gasification efficiency due to reduction in moisture fraction. In addition, the recent studies on the sulfur emission in the case of black liquor combustion in recovery boilers have revealed that with increase in solids concentration, release of sulfur in gas phase is reduces. The required concentration can be carried out using low-grade waste heat from the reactor itself. It was found through experiments that, even though spray ignition occurred at this concentration, the confined reactor space prevented the spray from attaining sustained combustion. This led to the conduct of experiments in a new vertical reactor with adequate thermal inertia, essential to prevent variations in local temperature to reach a steady state gasification and required space to accommodate the spray. The results of the experiments conducted in the vertical reactor in which effluents with 73 % solids, heated close to the boiling point and injected as fine spray in a top-down firing mode are consolidated and reported in the thesis in detail. Single particle combustion with enveloping faint flame was seen unlike stable flame found in coal water slurry spray combustion. Sustained gasification of gas-entrained particles occurred at reactor temperature in the range of 950 K - 1000 K and sub-stoichiometric air ratio 03 - 0.35 without the support of auxiliary fuel. The typical gas fractions obtained during gasification condition (air ratio = 0.3) were CO2 = 10.0 -11.5 %, CO - 10.0 - 12.0 %, H2 - 6.7 - 8.0 %, CH4 = 1.75 % H2S = 0.2 - 0.4 % and about 2 % of saturated moisture. The carbon conversion obtained was in the range of 95 - 96 %. These experiments have provided the conditions for gasification. The extraction of potassium salts (mostly sulfates, carbonate and chloride) from the ash, using a simple water leaching process, was found to recover these chemicals to as high an extent as 70 - 75 % of total ash. In summary it is concluded that increasing the solid concentrations to as high levels as acceptable to the system (~ 75 %) and introducing as a fine spray of heated material (~ 363 K) into furnace with air at sub-stoichiometric conditions in a counter current combustion reactor will provide the frame work for the design of a gasification system for vinasse and similar effluent material. The thesis consists of seven chapters. Chapter 1 introduces the problem and motivation of the work presented in the thesis. Literature review is presented in Chapter 2. The Chapter 3 deals with the single particle combustion studies. The results of effluent spray combustion experiments conducted in a laboratory scale vertical reactor are presented in Chapter 4. The results of combustion and gasification experiments conducted in another variant of a reactor, namely, inclined flat plate rectangular reactor is consolidated in Chapter 5. The results of gas-entrained spray gasification experiment of higher concentration effluent injected as spray in the vertical reactor are presented in Chapter 6. The general conclusions and scope for the future work are presented in the concluding chapter 7.

L'auteur explore numériquement, à l'aide d'une méthode aux différences finies, l'influence de l'angle d'inclinaison sur la convection naturelle instationnaire bidimensionnelle qui se développe dans une enceinte fermée de section carrée. Il étudie, en particulier, son influence sur la route vers le chaos emprunté par le système et sur les valeurs du nombre de Rayleigh critique qui caractérise la bifurcation de Hopf faisant passer l'attracteur d'un point fixe à un cycle limite. Dans un premier temps, il montre la fiabilité de ce code lorsque la solution est instationnaire, ensuite il confirme numériquement la prédiction théorique selon laquelle les équations de transfert sont invariantes avant de déterminer les routes vers le chaos lorsque les inclinaisons sont de 30° et de 60° ; il montre que, pour ces deux angles, la route vers le chaos s'effectue par quasi-périodicité tandis que, pour 45°, elle s'effectue via une cascade sous-harmonique. Enfin, il étudie l'influence de l'inclinaison sur les valeurs du nombre de Rayleigh critique qui caractérise la bifurcation de Hopf faisant passer l'attracteur d'un point fixe à un cycle limite et montre, dans le domaine utile de variation de l'angle d'inclinaison [0° ; 45°] (ces deux bornes correspondant aux systèmes les plus instables), l'existence de deux angles (15° et 35°) caractérisant des maximums de stabilité encadrant un angle de (25°) caractérisant un minimum secondaire de stabilité
Authors solve numerically, using an implicit centred finite difference method and Boussinesq equations to gouvern dimensional unsteady natural convection in square cross-sectioned closed cavity limited with two opposite cold walls while the two other walls are hot and isothermal. Several vaules of tilt angle are considered. Authors shows if the enclosure elements of symmetry are considered, it is sufficient to solve the Boussinesq equations for tilt angles inclued in the interval [0°, 45°]. We observed that the unstable system correspond to the 0° and 45° tilt angles ; 30° angles which also correspond to minimum of stability surrounded by two maximum values (15° and 35°). For 45° tilt angle, the transition towards chaos takes place through a subharmonic cascade and a tangent bifurcation associated with intermittency phenomena, while 30° tilt angle the transition to chaos seems to be carried out by quasi-periodicity and a tangent bifurcation associated with intermittency phenomena. For symmetrical tilt angle in relation to the horizontal plane, heated from two opposite sides, numerical calculations reveal small differences between various critical Rayleigh numbers characterizing the changes of the attractor behaviour. These deviations could result from our assumption, contestable when the attractor is non stationary, according to which the transfer phenomena are two-dimensional

Les auteurs explorent numériquement, à l'aide d'une méthode aux différences finies, la route vers le chaos suivie par le sysème lorsque le nombre de Rayleigh Ra augmente. Ils montrent que plus sa valeur est grande, plus les résultats sont sensibles aux choix des pas d'espace et de temps
Using finite-differences discretization procedures, authors explore numerically, the route to chaos followed by the system when the Rayleigh number Ra increases. They show that the larger the Rayleigh number is, the more sensitive the attractor becomes to time steps and mesh grids

Les décollements turbulents massifs sont des phénomènes communs qui peuvent causer des pertes et de nuisances aérodynamiques importantes dans les écoulements industriels, par exemple à l’arrière d’une aile d’avion. Ce travail contribue à leur compréhension par l’analyse phénoménologique d’un décollement turbulent, représentatif d’un grand nombre d’écoulements réels. Le premier objectif est d’identifier les lois d’échelle des décollements turbulents, notamment en rapport avec les caractéristiques de l’écoulement à l’amont de la rampe. Un deuxième objectif est l’analyse, à grande et à petite échelle, des mécanismes de transport de fluide qui pilotent le fonctionnement des décollements. A cet effet, une approche originale est proposée, basée sur une description expérimentale et analytique de la couche cisaillée décollée et des interfaces turbulentes qui la délimitent. Nos résultats suggèrent que les lois d’échelle du décollement varient de façon complexe selon l’interaction de la couche limite à l’amont, de la couche cisaillée et de l’écoulement potentiel extérieur. La taille du décollement est liée à l’intensité de l’entraînement turbulent de masse dans la couche cisaillée, qui à son tour dépend de la turbulence dans la couche limite, bien à l’amont du point de décollement. Cette dépendance pourrait s’appliquer à toute la gamme d’échelles turbulentes responsables du transport de masse. Ces observations montrent clairement le rôle de la couche cisaillée dans le fonctionnement des décollements massifs et suggèrent la faisabilité de stratégies de contrôle nouvelles, de type retro-action ou prédictif, basée sur l’entrainement turbulent
Massive turbulent separations are common phenomena that can cause sizeable aerodynamical losses and detrimental effects in industrial flows, for example on airplane wings. This work contributes to their understanding with a phenomenological analysis of a canonical turbulent separation, representative of a large number of real flows. The first objective is to identify the scaling laws of turbulent separations, in particular with respect to their dependencies on the characteristics of the flow upstream of the ramp. A second objective is the analysis, both at large and small scale, of the transfert mechanisms that drive the functioning of separated flows. To this end, a new approach is proposed, centered on the experimental and analytical description of the separated shear layer and of the turbulent interfaces that bound it. Our results suggest that the scaling laws of the separated flow vary in a complex way, in function of the interaction of the incoming boundary layer, the separated shear layer and the free-stream. The size of the separation is related to the intensity of turbulent mass entrainment within the shear layer, which in turn depends on the turbulence in the incoming boundary layer, well upstream of the separation point. This dependency might apply over the entire range of turbulent length scales that are responsible for mass transfer. These observations clearly show the role of the shear layer in the functioning of massive separation. They also suggest the feasibility of new control strategies, both of feedback and feed-forward type, based on turbulent entrainment

Cette thèse vise à étudier expérimentalement, analytiquement et numériquement, les conséquences de variations et d'oscillations hydrodynamiques à forte variabilité temporelle en milieux poreux partiellement saturés. Les problèmes que nous étudions comportent des surfaces libres tant à l'extérieur qu'à l'intérieur des milieux poreux, celles-ci étant définies comme des isosurfaces de pression d'eau égale à la pression atmosphérique (Pwater = Patm). Les différentes études expérimentales réalisées en laboratoire sont, respectivement : une expérience d'imbibition dans une boite à sable avec effets capillaires importants; la transmission d'oscillations de la surface libre à travers un massif sableux intercalaire dans un petit canal à houle (IMFT, Toulouse); l'étude de la dynamique et de la propagation des oscillations des niveaux d'eau dans un grand canal à houle (HYDRALAB, Barcelone), partiellement recouvert d'un fond sableux incliné, avec mesures de niveaux d'eau en pleine eau et sous le sable, et mesures du fond sableux (érosion/dépôts). Pour les études théoriques, nous avons développés des solutions analytiques linéarisées. Un exemple de problème traité analytiquement est: l'équation linéarisée de Dupuit-Boussinesq (D-B) transitoire à surface libre, en hypothèse d'écoulements plans et vidange/remplissage instantané : oscillations forcées, transmission et dissipation d'ondes à travers une boite à sable rectangulaire. Nous avons aussi développé une solution de l'équation faiblement non linéaire de Dupuit- Boussinesq (D-B) pour étudier le problème d'imbibition avec variation abrupte du niveau d'eau amont (suivi temporel du front de saturation). Nous avons pu étudier les différents types de problèmes transitoires liés aux expériences citées plus haut par simulation numérique. En particulier, nous avons simulé des écoulements partiellement saturés et insaturés, en coupe verticale, à l'aide d'un code de calcul (BIGFLOW 3D) qui résoud l'équation de Richards généralisée en régime transitoire. Nous avons ainsi étudié numériquement en régime non saturé, l'expérience d'imbibition dans un sable initialement sec à frontières verticales (IMFT sandbox), puis l'expérience de propagation d'ondes dans le grand canal à houle de Barcelone (laboratoire HYDRALAB) comportant une plage de sable inclinée, avec un couplage complètement intégré entre les zones micro-poreuse (sable) et “macro-poreuse” (pleine eau). Pour analyser les résultats de cette dernière expérience et les comparer aux simulations, nous avons utilisé plusieurs méthodes de traitement et d'analyse des signaux : analyse de Fourier (spectres de fréquences) ; ondelettes discrètes multi-résolution (Daubechies) ; analyses corrélatoires simple et croisée. Ces méthodes sont combinées avec des méthodes de préfiltrage pour estimer dérives et résidus (moyennes mobiles ; ondelettes multi-résolution). Cette analyse des signaux a permis de comprendre et quantifier la propagation à travers une plage de sable. Au total, les différentes approches de modélisation mis en oeuvre, associé à des procédures de calage en situation de couplage transitoire non linéaire ont permis de reproduire globalement les phénomènes de propagation de teneur en eau et de niveau d'eau dans les différentes configurations étudiées
This thesis aims at investigating experimentally, analytically and numerically, the consequences of hydrodynamic variations and oscillations with high temporal variability in partially saturated porous media. The problems investigated in this work involve “free surfaces” both outside and inside the porous media, the free surface being defined as the “atmospheric” water pressure isosurface (Pwater = Patm). The laboratory experiments studied in this work are, respectively: Lateral imbibition in a dry sand box with significant capillary effects; Transmission of oscillations of the free surface through a vertical sand box placed in a small wave canal (IMFT, Toulouse); Dynamics of free surface oscillations and wave propagation in a large wave canal (HYDRALAB, Barcelona), partially covered with sand, with measurements of both open water and groundwater levels, and of sand topography (erosion / deposition). For theoretical studies, we have developed linearized analytical solutions. Here is a sample problem that was treated analytically in this work: The linearized equation of Dupuit-Boussinesq (DB) for transient free surface flow, assuming horizontal flow and instantaneous wetting/drainage of the unsaturated zone: forced oscillations, wave transmission and dissipation through a rectangular sandbox. We also developed a weakly nonlinear solution of the Dupuit-Boussinesq equation to study the sudden imbibition (temporal monitoring of the wetting front). We have studied the different types of transient flow problems related to the experiments cited above by numerical simulation. In particular, we have simulated unsaturated or partially saturated transient flows in vertical cross-section, using a computer code (BIGFLOW 3D) which solves a generalized version of Richards’ equation. Thus, using the Richards / BIGFLOW 3D model, we have studied numerically the experiment of unsaturated imbibition in a dry sand (IMFT sandbox), and then, with the same model, we have also studied the partially saturated wave propagation experiment in the large Barcelona wave canal (HYDRALAB laboratory), focusing on the sloping sandy beach, with coupling between the micro-porous zone (sand) and the “macro-porous” zone (open water). To interpret the results of the latter experiment and compare them to simulations, we use several methods of signal analyzis and signal processing, such as: Fourier analysis, discrete multi-resolution wavelets (Daubechies), auto and cross-correlation functions. These methods are combined with pre-filtering methods to estimate trends and residuals (moving averages; discrete wavelet analyses). This signal analyzis has allowed us to interpret and quantify water propagation phenomena through a sandy beach. To sum up, different modeling approaches, combined with model calibration procedures, were applied to transient nonlinear coupled flow problems. These approaches have allowed us to reproduce globally the water content distributions and water level propagation in the different configurations studied in this work

Although the physical characteristics of surfing breaks are well described in the literature, there is little specific research on surfing and coastal management. Such research is required because coastal engineering has had significant impacts to surfing breaks, both positive and negative. Strategic planning and environmental impact assessment methods, a central tenet of integrated coastal zone management (ICZM), are recommended by this thesis to maximise surfing amenities. The research reported here identifies key oceanographic considerations required for ICZM around surfing breaks including: surfing wave parameters; surfing break components; relationship between surfer skill, surfing manoeuvre type and wave parameters; wind effects on waves; currents; geomorphic surfing break categorisation; beach-state and morphology; and offshore wave transformations. Key coastal activities that can have impacts to surfing breaks are identified. Environmental data types to consider during coastal studies around surfing breaks are presented and geographic information systems (GIS) are used to manage and interpret such information. To monitor surfing breaks, a shallow water multibeam echo sounding system was utilised and a RTK GPS water level correction and hydrographic GIS methodology developed. Including surfing in coastal management requires coastal engineering solutions that incorporate surfing. As an example, the efficacy of the artificial surfing reef (ASR) at Mount Maunganui, New Zealand, was evaluated. GIS, multibeam echo soundings, oceanographic measurements, photography, and wave modelling were all applied to monitor sea floor morphology around the reef. Results showed that the beach-state has more cellular circulation since the reef was installed, and a groin effect on the offshore bar was caused by the structure within the monitoring period, trapping sediment updrift and eroding sediment downdrift. No identifiable shoreline salient was observed. Landward of the reef, a scour hole ~3 times the surface area of the reef has formed. The current literature on ASRs has primarily focused on reef shape and its role in creating surfing waves. However, this study suggests that impacts to the offshore bar, beach-state, scour hole and surf zone hydrodynamics should all be included in future surfing reef designs. More real world reef studies, including ongoing monitoring of existing surfing reefs are required to validate theoretical concepts in the published literature.