Dissertations / Theses: 'Schéma de Boltzmann sur réseau'

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Février, Tony. "Extension et analyse des schémas de Boltzmann sur réseau : les schémas à vitesse relative." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112316/document.

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Abstract:

Cette thèse introduit et étudie une nouvelle classe de schémas de Boltzmann sur réseau appelés schémas à vitesse relative. Les schémas de Boltzmann sur réseau visent à approcher des problèmes de nature macroscopique en mimant la dynamique microscopique d’équations cinétiques du type Boltzmann. L’algorithme calcule des distributions de particules évoluant au travers de deux phases de transport et de relaxation, les particules se déplaçant en les noeuds d’un réseau cartésien en espace. Les schémas de Boltzmann à plusieurs temps de relaxation (ou schéma MRT de d’Humières), dont la relaxation im- plique un ensemble de moments combinaison linéaire polynomiale des distributions, constituent le cadre initial de la thèse. Les schémas à vitesse relative sont une extension de ces schémas de d’Humières. Ils sont inspirés du schéma cascade de Geier apportant davantage de stabilité que les schémas de d’Hu- mières pour des régimes peu visqueux des équations de Navier-Stokes. La différence avec ces schémas se situe au niveau de la relaxation : elle utilise un ensemble de moments relatifs à un paramètre champ de vitesse fonction du temps et de l’espace. Cette différence se matérialise par une matrice de tran- sition des moments fixes (les schémas de d’Humières correspondent à un paramètre champ de vitesse nul) aux moments mobiles. La structure algébrique de cette matrice est étudiée. Le schéma cascade est ensuite traduit comme un schéma à vitesse relative pour un nouvel ensemble de polynômes définissant les moments. L’étude de la consistance des schémas à vitesse relative par la méthode des équations équivalentes est un point central de la thèse. Les équations limites pour un nombre arbitraire de dimen- sions et de vitesses sont dérivées et illustrées sur des exemples tels que le D2Q9 pour les équations de Navier-Stokes. Ces équations équivalentes sont également un outil pour prédire la stabilité des schémas grâce à l’analyse des termes de diffusion et dispersion. La dernière partie traite de la stabilité suivant le choix du paramètre champ de vitesse. Nous sommes particulièrement intéressés en les deux choix de paramètre nul (d’Humières) et la vitesse du fluide (cascade). Le schéma D2Q9 pour les équations de Navier-Stokes est étudié numériquement par une méthode de Von Neumann puis appuyé sur des cas tests non linéaires. La stabilité des schémas relatifs à la vitesse du fluide est dépendante du choix des polynômes définissant les moments. L’amélioration la plus notable se produit si les polynômes du schéma cascade sont choisis. Nous étudions enfin les stabilités théorique et numérique d’un schéma bidimensionnel minimal. Le contexte physique est la simulation d’une équation d’advection diffusion linéaire. Le choix de la vitesse d’advection comme paramètre champ de vitesse annule certains termes de dispersion des équations équivalentes contrairement aux schémas de d’Humières. Ceci se traduit par un meilleur comportement en termes de stabilité pour de grandes vitesses, appuyé théoriquement à l’aide d’une notion de stabilité à poids In this PhD thesis, a new class of lattice Boltzmann schemes called relative velocity schemes is introduced and studied. The purpose of lattice Boltzmann schemes is to approximate problems of macroscopic nature using the microscopic dynamic of Boltzmann type kinetic equations. They compute particle distributions through two phases of transport and relaxation, the particles moving on the nodes of a cartesian lattice. The multiple relaxation times schemes---MRT of d'Humières---, whose relaxation uses a set of moments, linear combinations of the particle distributions, constitutes the initial framework of the thesis. The relative velocity schemes extend the MRT d'Humières schemes. They originate from the cascaded automaton of Geier which provides more stability for the low viscosity regime of the Navier-Stokes equations. Their difference with the d'Humières schemes is carried by the relaxation : a set of moments relative to a velocity field parameter function of space and time is used. This difference is represented by a shifting matrix sending the fixed moments---The d'Humières schemes are associated with a zero velocity field parameter---On the relative moments. The algebraic structure of this matrix is studied. The cascaded automaton is then interpreted as a relative velocity scheme for a new set of polynomials defining the moments. The consistency study of the relative velocity schemes with the equivalent equations method is a keypoint of the thesis. These equations are derived for an arbitrary number of dimensions and velocities. They are then illustrated on examples like the D2Q9 scheme for the Navier-Stokes equations. These equivalent equations are also a tool to predict the stability behaviour of the schemes by analysing their diffusion and dispersion terms. In a last part, the stability according to the velocity field parameter is studied. Two cases especially interest us : a parameter equal to zero---D'Humières schemes---And equal to the fluid velocity---Cascaded automaton. The D2Q9 scheme for the Navier-Stokes equations is numerically studied with a linear Von Neumann analysis and some non linear test cases. The stability of the relative velocity schemes depends on the choice of the polynomials defining the moments. The most important improvement occurs if the polynomials of the cascaded automaton are chosen. We finally study the theoretical and numerical stability of a minimal bidimensional scheme for a linear advection diffusion equation. If the velocity field parameter is chosen equal to the advection velocity, some dispersion terms of the equivalent equations vanish unlike the d'Humières scheme. This implies a better stability behaviour for high velocities, characterized thanks to theoretical weighted stability notion

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Marié, Simon. "Etude de la méthode Boltzmann sur Réseau pour les simulations en aéroacoustique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00311293.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans une problématique visant à étudier numériquement le bruit d'origine aérodynamique généré par les écoulements turbulents autour des véhicules en utilisant la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM). Les objectifs de cette thèse sont l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM ainsi que l'élaboration d'un code de calcul tridimensionnel et parallèle. Dans un premier temps, les élements historiques et théoriques de la LBM sont présentés ainsi que le développement permettant de passer de l'équation de Boltzmann aux équations de Navier-Stokes. La construction des modèles à vitesses discrètes est également décrite. Deux modèles basés sur des opérateurs de collision différents sont présentés : le modèle LBM-BGK et le modèle LBM-MRT. Pour l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM, une analyse de von Neumann est réalisée pour les modèles LBM-BGK et LBM-MRT ainsi que pour l'équation de Boltzmann à vitesse discrète (DVBE). Une comparaison avec les schémas Navier-Stokes d'ordre élevé est alors menée. Pour remédier aux instabilités numériques de la méthode Boltzmann sur Réseau intervenant lors de la propagation dans des directions particulières à M>0.1, des filtres sélectifs sont utilisés et leur effet sur la dissipation est étudié. Dans un second temps, le code de calcul L-BEAM est présenté. La structure générale et les différentes techniques de calculs sont décrites. Un algorithme de transition de résolution est développé. La modélisation de la turbulence est abordée et le modèle de Meyers-Sagaut est implémenté dans le code. Enfin, des cas tests numériques sont utilisés pour valider le code et la simulation d'un écoulement turbulent complexe est réalisée.

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Rehhali, Khaoula. "Simulations de la convection naturelle couplée au rayonnement surfacique par la méthode de Boltzmann sur réseau : cas des chauffages variable et discret." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0001.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une étude numérique visant à étudier les phénomènes de couplage de la convection naturelle et du rayonnement surfacique dans des cavités carrées dont les parois sont soumises à des chauffages discrets ou non-uniformes. En effet, la première étude réalisée s'intéresse à un problème de couplage convection-rayonnement dans une cavité carrée inclinée et remplie d'air, ayant d'un côté une paroi chauffée à une température constante et du côté opposé, une paroi chauffée linéairement. Les parois restantes sont considérées adiabatiques. Dans la seconde étude, la cavité a des parois verticales partiellement chauffées (symétriquement et asymétriquement), une paroi supérieure refroidie et une paroi inférieure adiabatique. L'objectif de ces études numériques réside dans l'analyse de l'effet du rayonnement surfacique et des différents paramètres gouvernants (mode de chauffage, nombre de Rayleigh, angle d'inclinaison, différence de température) sur la structure d'écoulement et le transfert de chaleur. Le second objectif de cette thèse consiste à tester la performance du schéma à temps de relaxation multiple (MRT) de la méthode Lattice Boltzmann (LBM) en présence du couplage convection-rayonnement. Les résultats de ce travail ont révélé que les paramètres de contrôle considérés ont un effet important sur la structure de l'écoulement et le transfert de chaleur à travers la cavité In this thesis, a numerical study is carried out on the coupling phenomena between natural convection and surface radiation in square cavities whose walls are subjected to discrete or non-uniform temperatures. Indeed, the first study carried out is concerned with a problem of convection-radiation coupling in a square cavity inclined and filled with air, having on one side a wall heated at a constant temperature and on the opposite side, a wall heated linearly. The remaining walls are considered adiabatic. In the second study, the cavity has partially heated vertical walls (symmetrically and asymmetrically), a cooled upper wall and an adiabatic bottom wall. The objective of these numerical studies is to analyze the effect of surface radiation and the different governing parameters (heating mode, Rayleigh number, angle of inclination, temperature difference) on the flow structure and the heat transfer. The second objective of this thesis is to test the performance of the multiple relaxation time (MRT) scheme of the Lattice-Boltzmann method (LBM) in the presence of convection radiation coupling. The results of this study revealed that the considered governing parameters have a significant effect on the flow structure and heat transfer through the cavity

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Cleon, Louis-Marie. "Stabilité linéaire et non linéaire des schémas de Boltzmann sur réseau simulant des écoulements visqueux compressibles." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066183/document.

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Abstract:

L'étude de stabilité des systèmes différentiels issus des équations de Navier-Stokes consiste à analyser la réponse du système linéarisé à une perturbation en onde plane. Elle ne peut pas rendre compte de tous les mécanismes possibles d'instabilité non linéaire. De telles analyses de stabilité non linéaire ont été abordées pour des discrétisations en différences finies de l'équation scalaire non visqueuse de Burgers. Elles sont basées sur l'analyse en ondes résonantes, en considérant un ensemble d'ondes qui forment un groupe fermé pour l'équation discrétisée. Une conclusion importante de ces travaux est que quelques mécanismes non linéaires instables existent qui échappent à l'analyse linéaire, comme le mécanisme de focalisation étudié et expliqué à l'aide des modes de side band, introduits pour amorcer les instabilités. Cette approche d'ondes résonantes est étendue à l'analyse non linéaire de stabilité pour les méthodes LBM (Lattice Boltzmann Method). Nous présentons pour la première fois une équation vectorielle à la place de l' équation scalaire de Burgers, car la méthode LBM considère une fonction de distribution par vitesses discrètes. L'application du principe des ondes résonantes aux équations de Boltzmann sur réseau pour un écoulement monodimensionnel, compressible et isotherme dans un schéma D1Q3 donne des cartes d'instabilité, dans le cas de 1 ou plusieurs modes résonants, très dépendantes des conditions initiales. Le phénomène de focalisation n'a pas été obtenu dans la formulation LBM. Des croissances transitoires dues à la non-normalité des opérateurs peuvent exister. Elles sont calculées par une méthode d'optimisation Lagrangienne utilisant les équations adjointes de LBM. L'application du principe des ondes résonantes est étendue à un modèle 2D. On montre que les instabilités deviennent prépondérantes The stability study of differential systems derived from the Navier- Stokes equations consists in analysing the response of the planar linearized system from a disturbance on a flat wave. It cannot account for all possible mechanisms of nonlinear instability. Such non-linear stability analyses were discussed for finite difference of the scalar non-viscous Burger equation. They are based on the analysis in resonant waves, considering a set of waves that form a closed group for the discretized equation. An important conclusion of this work is that some unstable nonlinear mechanisms exist that are beyond the linear analysis, as the focusing mechanism studied and explained using the methods of side band, introduced to initiate instabilities. This approach of resonant waves is extended to non-linear stability analysis for LBM (Lattice Boltzmann Method) methods. We report for the first time a vector equation instead of the scalar Burgers equation, because the LBM method considers a distribution function by discrete speeds. The principle of resonant waves to lattice Boltzmann equations for one-dimensional flow in a compressible and isothermal D1Q3 scheme gives instability maps, in the case of one or more resonant modes , highly dependent upon the initial conditions. The phenomenon of focus has not been obtained in the LBM formulation. Transient growth due to non-normality of operators may exist. They are calculated by a Lagrangian optimization method combined with LBM equations. The principle of resonant waves is extended to a 2D model. We show that the instabilities become dominant

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Michelet, Jordan. "Extraction du fouillis de mer dans des images radar marin cohérent : modèles de champ de phases, méthodes de Boltzmann sur réseau, apprentissage." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2022. http://www.theses.fr/2022LAROS048.

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Abstract:

Nous nous intéressons au problème d’extraction du fouillis de mer dans des images radar marin. Le parti pris est de développer des méthodes de traitement d’image permettant de s’affranchir au mieux d’hypothèses sur la nature du fouillis de mer et du signal d’intérêt. D’une part, nous proposons un algorithme basé sur une approche variationnelle originale : un modèle multiphasique à interface diffuse. Les résultats obtenus montrent que l’algorithme est efficace lorsque le signal d’intérêt a un rapport signal-sur-fouillis suffisamment grand. D’autre part, nous nous intéressons à l’implémentation de schémas de Boltzmann sur réseau pour des problèmes de convection-diffusion à vitesse d’advection non constante et un terme source non nul. Nous décrivons le calcul de la consistance obtenue par analyse asymptotique à l’échelle acoustique et avec un opérateur de collision à temps de relaxation multiples, et étudions la stabilité de ces schémas dans un cas particulier. Les résultats obtenus montrent que les schémas proposés permettent de supprimer le bruit résiduel et de renforcer le signal d’intérêt sur l’image obtenue grâce à la première méthode. Enfin, nous proposons une méthode d’apprentissage permettant de s’affranchir d’hypothèses sur la nature du signal d’intérêt. En effet, en complément de l’algorithme par approche variationnelle, nous proposons un algorithme basé sur le traitement pulse-Doppler lorsque le signal d’intérêt est exo-clutter et a un rapport signal-sur-fouillis faible. Les résultats obtenus à partir du double auto-encodeur que nous proposons, étant comparables aux résultats fournis par chacune des deux méthodes, permettent de valider cette approche We focus on the problem of sea clutter extraction in marine radar images. The aim is to develop image processing methods allowing us to avoid assumptions about the nature of the sea clutter and the signal of interest. On the one hand, we propose an original algorithm based on a variational approach : a multiphase model with diffuse interface. The results obtained show that the algorithm is efficient when the signal of interest has a sufficiently large signal-to-clutter ratio. On the other hand, we focus on the implementation of lattice Boltzmann schemes for convection-diffusion problems with non-constant advection velocity and non-zero source term. We describe the computation of the consistency obtained by asymptotic analysis at the acoustic scale and with a multiple relaxation time collision operator, and study the stability of these schemes in a particular case. The obtained results show that the proposed schemes allow removing the residual noise and to enhance the signal of interest on the image obtained with the first method. Finally, we propose a learning method allowing us to avoid assumptions on the nature of the signal of interest. Indeed, in addition to the variational approach, we propose an algorithm based on pulse-Doppler processing when the signal of interest is exo-clutter and has a low signal-to-clutter ratio. The results obtained from the proposed double auto-encoder, being comparable to the results provided by each of the two methods, allow validating this approach

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Thandavamoorthy, Gayathiri. "Modélisation des phénoménes transitoire lents avec la méthode de Boltzmann sur réseau." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066210/document.

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Abstract:

Un nouveau logiciel CFD, LaBS, basé sur la méthode de lattice Boltzmann sur Réseau a été développé dans le cadre d'un projet entre universités et industries. LaBS est utilisé pour la simulation numérique des écoulements thermiques avec un nouveau modèle de frontière immergée pour les conditions limites thermiques. Ce modèle est basé sur la méthode de reconstruction de la fonction de distribution et est évalué pour des conditions limites coincidentes et non-coincidentes avec le maillage, sur le phénomène de diffusion thermique et de convection naturelle.Renault s'intéresse aux situations d'arrêt péage ou de contact coupé, pour lesquelles sont considérés un véhicule roulant à une vitesse soutenue, sur une autoroute par exemple, et qui subit un arrêt ou un ralentissement brutal (avec ou sans contact coupé).Dans ce genre de situation le refroidissement du compartiment moteur qui était assuré par le phénomène de convection forcé durant le roulage laisse place au phénomène de convection naturelle durant les phases de base vitesse ou de vitesse nulle.Le phénomène de convection naturelle est un phénomène lent, qui peut prendre plusieurs minutes à évacuer la chaleur accumulée dans le compartiment moteur. La présence de température élevée pendant une durée trop importante dans le compartiment moteur peut endommager certains composants qui possèdent des seuils de température critique.Pour anticiper ce problème de surchauffe du compartiment moteur, dans lequel un grand nombre de pièces à géométries complexes sont présentes, le phénomène de convection naturelle est étudié avec le nouveau modèle de frontière immergée thermique.%Ce modèle est d'abord testé sur des cas test académique pour validation et est ensuite appliqué au cas d'une voiture réelle.La modélisation des écoulements thermiques avec la méthodes de lattice Boltzmann sur Réseau (LBM) peut-être classée en trois catégories: l'approche multi-vitesse, l'approche hybride et l'approche à deux fonctions de distribution (DDF: Double-Distribution-Function).L'approche multi-vitesse, utilise une équation pour résoudre le champ de vitesse, de densité et de température qui sont résolus avec la LBM. Tandis que l'approche hybride et l'approche DDF utilise un jeux de deux équations, un pour résoudre le champ de vitesse et de densité et l'autre pour résoudre le champ de température.L'approche hybride résout le champ de vitesse et de densité avec la LBM et utilise une méthode de différence finie ou de volume fini pour résoudre le champ de température. L'approche DDF résout quand à elle les deux équations avec la LBM.Le modèle thermique utilisé dans LaBS est basé sur l'approche DDF où les deux équations sont couplées par l'hypothèse de Boussinesq. Le champ de vitesse et de densité est résolu avec un réseau de dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) et champs de température est résolut soit par un réseau à dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) soit par un réseau à sept vitesses discrètes (D3Q7).Le nouveau modèle de frontière immergée décompose la fonction de distribution aux noeuds frontière en sa partie à l'équilibre et hors équilibre. La partie hors équilibre est calculée à partir d'une formulation théorique issus du développement de Chapman-Enskog.La validation du modèle DDF implémenté dans LaBS est faite sur un ensemble de cas test de complexité croissante. Les résultats obtenus avec LaBS sont comparés aux solutions analytiques ou encore à des articles de référence et sont en accord avec les résultats attendus. Ils montrent que qualitativement les résultats sont aussi bons pour le modèle D3Q19/D3Q19 que pour le modèle D3Q19/D3Q7 mais que quantitativement le modèle D3Q19/D3Q19 reste meilleur A new three-dimensional CFD solver, LaBS, based on the lattice Boltzmann alogorithms has been developed in a framework of university and industry consortium. In this thesis, this solver is used to simulate thermal flows, with a new thermal boundary condition for immersed solid boundary. The new proposed thermal boundary condition is based on the reconstruction method of the distribution function and is evaluated for immersed solid with coincident and non-coincident wall on the case of diffusion and natural convection phenomena.Renault case study, deals with a vehicle moving at constant speed (highway) that suddently slows down and stops (with or without a cut off contact). In such situation the cooling of the engine compartment first driven by forced convection during taxiing stage, abruptly switches to natural convection in low velocity stages. As natural convection is a slow process, it can take several minutes to remove the accumulated heat in the engine compartment. Such duration could be damaging for some components of the engine compartement which do not tolerate high temperature.In order to anticipate overheating of the engine compartment, where a lot of automotive parts with complex geometry are present and to avoid the above mentioned damages, the phenomenon of natural convection is here studied with the new thermal boundary condition.%The new proposed thermal boundary condition is first tested on academic case studies for validation, and then applied to the case of a real car.The modelling of thermal flows with the lattice Boltzmann method (LBM) can be classified into three categories: the multispeed approach, the hybrid approach and the double-distribution-function (DDF) approach. The multispeed approach, uses only one equation to resolve velocity, density and temperature field, which is solved by the LBM. Whereas the hybrid approach and the DDF approach utilize two sets of equations, one to resolve velocity field and density field and another to resolve temperature field. The hybrid approach solves velocity field and density field by the LBM method and the temperature field by finite-different or finite-volume methods. On the other hand the DDF approach solves the two equations with LBM.The thermal model used in the solver LaBS is based on the coupled DDF approach. In this model, the flow field is solved by a D3Q19 velocity model while the temperature field is solved by a D3Q19 or a D3Q7 velocity model. The coupling between the momentum and the energy transport is made by the boussinesq approximation. The new proposed thermal boundary condition decomposes the distribution function at the boundary node into its equilibrium and non-equilibrium part. The non-equilibrium part is calculated from the theoretical solution based on Chapman-Enskog developement.LaBS thermal model based on the coupled DDF approach is evaluated on a set of cases with increasing complexity. The results obtained with LaBS are compared with analytical solutions or with reference articles and are in a good agreement with the results expected. Results show that the model D3Q19/D3Q7 is qualitatively as good as the model D3Q19/D3Q19 but quantitatively the model D3Q19/D3Q19 remains the best

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Tekitek, Mohamed Mahdi. "Identification de modèles et de paramètres pour la méthode de Boltzmann sur réseau." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00207541.

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Abstract:

Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma. La première partie introduit et analyse la méthode. La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus. Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe.

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Wang, Yan. "Etude de la méthode de Boltzmann sur réseau pour la segmentation d'anévrismes cérébraux." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0078/document.

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Abstract:

L'anévrisme cérébral est une région fragile de la paroi d'un vaisseau sanguin dans le cerveau, qui peut se rompre et provoquer des saignements importants et des accidents vasculaires cérébraux. La segmentation de l'anévrisme cérébral est une étape primordiale pour l'aide au diagnostic, le traitement et la planification chirurgicale. Malheureusement, la segmentation manuelle prend encore une part importante dans l'angiographie clinique et elle est devenue couteuse en temps de traitement étant donné la gigantesque quantité de données générées par les systèmes d'imagerie médicale. Les méthodes de segmentation automatique d'image constituent un moyen essentiel pour faciliter et accélérer l'examen clinique et pour réduire l'interaction manuelle et la variabilité inter-opérateurs. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer des méthodes automatiques pour la segmentation et la mesure des anévrismes. Le présent travail de thèse est constitué de trois parties principales. La première partie concerne la segmentation des anévrismes géants qui contiennent à la fois la lumière et le thrombus. La méthode consiste d'abord à extraire la lumière et le thrombus en utilisant une procédure en deux étapes, puis à affiner la forme du thrombus à l'aide de la méthode des courbes de niveaux. Dans cette partie, la méthode proposée est également comparée à la segmentation manuelle, démontrant sa bonne précision. La deuxième partie concerne une approche LBM pour la segmentation des vaisseaux dans des images 2D+t et de l'anévrisme cérébral dans les images en 3D. La dernière partie étudie un modèle de segmentation 4D en considérant les images 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81, dans lequel le temps est considéré de la même manière que les trois autres dimensions pour la définition des directions de mouvement des particules dans la LBM, considérant les données 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81. Des expériences sont réalisées sur des images synthétiques d'hypercube 4D et d'hypersphere 4D. La valeur de Dice sur l'image de l'hypercube avec et sans bruit montre que la méthode proposée est prometteuse pour la segmentation 4D et le débruitage Cerebral aneurysm is a fragile area on the wall of a blood vessel in the brain, which can rupture and cause major bleeding and cerebrovascular accident. The segmentation of cerebral aneurysm is a primordial step for diagnosis assistance, treatment and surgery planning. Unfortunately, manual segmentation is still an important part in clinical angiography but has become a burden given the huge amount of data generated by medical imaging systems. Automatic image segmentation techniques provides an essential way to easy and speed up clinical examinations, reduce the amount of manual interaction and lower inter operator variability. The main purpose of this PhD work is to develop automatic methods for cerebral aneurysm segmentation and measurement. The present work consists of three main parts. The first part deals with giant aneurysm segmentation containing lumen and thrombus. The methodology consists of first extracting the lumen and thrombus using a two-step procedure based on the LBM, and then refining the shape of the thrombus using level set technique. In this part the proposed method is also compared with manual segmentation, demonstrating its good segmentation accuracy. The second part concerns a LBM approach to vessel segmentation in 2D+t images and to cerebral aneurysm segmentation in 3D medical images through introducing a LBM D3Q27 model, which allows achieving a good segmentation and high robustness to noise. The last part investigates a true 4D segmentation model by considering the 3D+t data as a 4D hypervolume and using a D4Q81 lattice in LBM where time is considered in the same manner as for other three dimensions for the definition of particle moving directions in the LBM model

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Tekitek, Mohamed-Mahdi. "Identification de modèles et de paramètres pour la méthode de Boltzmann sur réseau." Paris 11, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00207541.

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Abstract:

Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma. La première partie introduit et analyse la méthode. La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus. Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe This thesis is composed of three parts. Firstly a study of Lattice Boltzmann scheme (LBE) is performed. Then Adjoint Lattice Boltzmann scheme (ALBE) is introduced for parameters identification. Finally a new Lattice Boltzmann scheme (BRB) is proposed to modelise B\'erenger's Perfectly Matched Layer (PML) method. The first part introduces and analyzes the LBE method. The second part describes a variational approach for parameters identification adapted to LBE. A time discrete adjoint method is developed. At first the ALBE method is applied to Stokes' problem and then to a nonlinear problem. Good results have been obtained in the cases of one or tow unknown parameters. Finally the third part describes an adaptation of PML for LBE. The LB scheme is obtained with 9 discretes velocities. An analysis of reflected waves between two one dimensional LB media is performed. It provides us an equivalent for the Fresnel formula for LBE interface. That gives us same ideas to modify the LB scheme at the interface to vanish reflected waves. In the two dimensional case, the same analysis of reflected waves shows the existence of Knudsen modes and transverse waves, which make the analysis more difficult

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Devesa, Nathalie. "Proposition d'un schéma d'évaluation parallèle du langage fonctionnel FP sur un réseau de processus." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10010.

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Dans le cadre du projet N-ARCH ayant pour objectif, la conception d'une machine parallèle, adaptée à l'exécution de programmes déclaratifs, nous nous sommes interéssés à l'évaluation parallèle du langage FP, le langage fonctionnel sans variable défini par Backus. Un programme FP peut être assimilé à une expression combinatoire qui, dans la plupart des implantations, est exécutée selon le modèle de réduction de graphe présentant, à notre avis, un certain nombre d'inconvénients. C'est pourquoi nous avons défini un nouveau modèle d'évaluation parallèle du langage FP. Dans ce modèle, on a d'une part la représentation du programme source en un ensemble d'arborescences et d'autre part, la représentation de l'argument (la séquence argument). Une exploration parallèle des arborescences est définie formellement par un graphe de transition d'état des noeuds de l'arborescence, qui peut être décrit par un système de réécriture. On peut alors en déduire un algorithme d'exploration, parallèle par envois et réceptions de messages. Cette exploration permet d'envoyer en parallèle des messages à la séquence argument, générant des réductions en parallèle sur la séquence argument, dont la sémantique est également donnée par des règles de réécriture. L'ensemble du modèle peut alors être décrit par un ensemble de processus communiquant par messages. Le modèle défini ne peut être considéré ni comme un modèle data-flow, ni comme un modèle de réduction au sens classique du terme: l'exploration parallèle des arborescences joue le rôle de "moteur d'exécution" ou de "distributeur de tâches" générant des réductions en parallèles sur la séquence argument

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Marcou, Olivier. "Modélisation et contrôle d’écoulements à surface libre par la méthode de Boltzmann sur réseau." Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP1001.

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Abstract:

Ce travail de thèse traite de la modélisation et la simulation des systèmes complexes et s’inscrit dans la thématique du contrôle et la gestion des ressources en eau. Nous proposons une approche originale basée sur les modèles de Boltzmann sur réseau pour représenter les écoulements au sein des canaux d’irrigation, habituellement décrits par les équations non linéaires de Saint-Venant. Nous avons adapté un modèle bi-fluide et étudié les conditions aux bords qui permettent de reproduire la géométrie d’un canal à surface libre. Des méthodes de détermination des grandeurs hydrauliques d’intérêt ont été développées. Nous nous sommes intéressés au comportement des vannes de fond en régime noyé, et nous démontrons que le modèle permet de décrire celui-ci spontanément dans différentes situations de fonctionnement. Des validations ont été effectuées par le biais d’une comparaison avec des expérimentations menées sur un micro-canal expérimental. Nous avons également introduit dans le modèle des phénomènes de sédimentation et étudié l’influence de la présence d’un dépôt de sédiments sur l’écoulement. Là aussi, les résultats de simulation et d’expérimentation convergent This PhD work considers the general problem of modelling and simulation of complex systems and deals with the domain of control and management of water resources. We propose here an original approach based on Lattice Boltzmann models (LB) for modelling free surface flows in irrigation canals, usually described with the non-linear shallow water equations. We adapted a bi-fluid model and studied the boundary conditions which allow to reproduce the geometry of a free-surface irrigation canal. Methods for estimating the desired hydraulic quantities were developed. We studied the behavior of submerged underflow gates, and we show that the model is able to spontaneously and correctly describe how the gates function in quite different situations. Validations were realized by comparing results from simulations and experimentations performed on a laboratory micro-canal facility. We also introduced sedimentation phenomena in the model and studied the influence of a sedimentation deposit on the flow. Comparisons between experimental and simulation results were also performed and converged

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Grondeau, Mikaël. "Modélisation des effets de sillage d'une hydrolienne avec la méthode de Boltzmann sur réseau." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC257/document.

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Abstract:

Dans un contexte mondial où l’accès à l’énergie est un problème de premier plan, l’exploitation des courants de marée avec des hydroliennes revête un intérêt certain. Les écoulements dans les zones à fort potentiel énergétique propices à l’installation d’hydroliennes sont souvent fortement turbulents. Or la turbulence ambiante impacte fortement l’hydrodynamique avoisinante et le fonctionnement de la turbine. Une prédiction fine de la turbulence et du sillage est fondamentale pour l'optimisation d'une ferme d'hydroliennes. Un modèle de simulation de l'écoulement autour de la turbine doit donc être précis et tenir compte de la turbulence ambiante. Un outil basé sur la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) est utilisé à ces fins, en association avec une approche de simulation des grandes échelles (LES). La LBM est une méthode instationnaire de modélisation d’écoulement fluide. Une méthode de génération de turbulence synthétique est implémentée afin de prendre en compte la turbulence ambiante des sites hydroliens. Les géométries complexes, potentiellement en mouvement, sont modélisées avec la méthode des frontières immergées (IBM). La mise en place d’un modèle de paroi est réalisée afin de réduire le cout en calcul du modèle. Ces outils sont ensuite utilisés pour modéliser en LBM-LES une hydrolienne dans un environnement turbulent. Les calculs, réalisés à deux taux de turbulence différents, sont comparés avec des résultats expérimentaux et des résultats NS-LES. Les modélisations LBM-LES sont ensuite utilisées pour analyser le sillage de l'hydrolienne. Il est notamment observé qu'un faible taux de turbulence impacte de manière significative la propagation des tourbillons de bout de pale In a global context where access to energy is a major problem, the exploitation of tidal currents with tidal turbines is of particular interest. Flows in areas with high energy potential suitable for the installation of tidal turbines are often highly turbulent. However, the ambient turbulence has a strong impact on the surrounding hydrodynamics and the turbine operation. A precise prediction of turbulence and wake is fundamental to the optimization of a tidal farm. A numerical model of the flow around the turbine must therefore be accurate and take into account the ambient turbulence. A tool based on the Lattice Boltzmann Method (LBM) is used for this purpose, in combination with a Large Eddy Simulation (LES) approach. The LBM is an unsteady method for modelling fluid flows. A synthetic turbulence method is implemented to take into account the ambient turbulence of tidal sites. Complex geometries, potentially in motion, are modelled using the Immersed Boundary Method (IBM). The implementation of a wall model is carried out in order to reduce the cost of the simulations. These tools are then used to model a turbine in a turbulent environment. The calculations, performed at two different turbulence rates, are compared with experimental and NS-LES results. The LBM-LES models are then used to analyze the wake of the turbine. In particular, it is observed that a low turbulence rate has a significant impact on the propagation of tip-vortices

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Gendre, Félix. "Développement de méthodes de Boltzmann sur réseau en maillages non-uniformes pour l'aéroacoustique automobile." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0196/document.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est d’étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma > 0.1), appliquée à l’automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d’origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu’un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d’erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d’une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d’abord une construction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l’équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d’opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l’aéroacoustique, est présentée et testée. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu’aucune ne correspond à nos contraintes. Des algorithmes alternatifs aux transitions sont développés. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l’aide des modèles développés dans le mémoire The main goal of this work is to study the capacities of the Lattice Boltzmann Method in a constrained numerical framework : that of numerical simulation in automotive aeroacoustics with non-uniform meshes, at high Reynolds number and non egligible Mach number (Ma > 0.1). The industrial problem is the computation of the interior aerodynamic noise, which includes as its first decisive step the computation of the unsteady wall pressure field on the car windows. It was observed that a lack of precision on the weak acoustic part of the total pressure field on the driver-side window, which is most probably due to errors at mesh refinement interfaces, caused an overestimation of the interior noise. We first present a coherent and unified construction of the Lattice BoltzmannMethod from the Boltzmann equation, in an athermal weakly compressible framework. Then, we study in details the aeroacoustic properties of the LBM by reviewingall the main families of collisional operators that exist in the literature. A variant of multiple relaxation time operator that can be used for aeroacoustics is presented and tested. A simplified alternative selective filter, fast and compact, is developped and numerically validated. The problem of non-uniform meshes is discussed. An exhaustive review of the LBM studies that have been carried out within that framework shows that none of them corresponds to our constraints. Alternative transition nodes algorithms are developed. Finally, all the developed models of this work are applied to industrial cases

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Horstmann, Tobias. "Méthodes numériques hybrides basées sur une approche Boltzmann sur réseau en vue de l'application aux maillages non-uniformes." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC027/document.

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Abstract:

Malgré l'efficacité informatique et la faible dissipation numérique de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) classique reposant sur un algorithme de propagation-collision, cette méthode est limitée aux maillages cartésiens uniformes. L'adaptation de l'étape de discrétisation à différentes échelles de la mécanique des fluides est généralement réalisée par des schémas LBM à échelles multiples, dans lesquels le domaine de calcul est décomposé en plusieurs sous-domaines uniformes avec différentes résolutions spatiales et temporelles. Pour des raisons de connectivité, le facteur de résolution des sous-domaines adjacents doit être un multiple de deux, introduisant un changement abrupt des échelles spatio-temporelles aux interfaces. Cette spécificité peut déclencher des instabilités numériques et produire des sources de bruit parasite rendant l'exploitation de simulations à finalités aéroacoustiques impossible. Dans la présente thèse, nous avons d'abord élucidé le sujet du raffinement de maillage dans la LBM classique en soulignant les défis et les sources potentielles d'erreur. Par la suite, une méthode de Boltzmann sur réseau hybride (HLBM) est proposée, combinant l'algorithme de propagation-collision avec un algorithme de flux au sens eulérien obtenu à partir d'une discrétisation en volumes finis des équations de Boltzmann à vitesse discrète. La HLBM combine à la fois les avantages de la LBM classique et une flexibilité géométrique accrue. La HLBM permet d'utiliser des maillages cartésiens non-uniformes. La validation de la méthode hybride sur des cas tests 2D à finalité aéroacoustique montre qu'une telle approche constitue une alternative viable aux schémas Boltzmann sur réseau à échelles multiples, permettant de réaliser des raffinements locaux en H. Enfin, un couplage original, basé sur l'algorithme de propagation-collision et une formulation isotherme des équations de Navier-Stokes en volumes finis, est proposé. Une telle tentative présente l'avantage de réduire le nombre d'équations du solveur volumes finis tout en augmentant la stabilité numérique de celui-ci, en raison d'une condition CFL plus favorable. Les deux solveurs sont couplés dans l'espace des moments, où la solution macroscopique du solveur Navier-Stokes est injectée dans l'algorithme de propagation-collision à l'aide de la collision des moments centrés. La faisabilité d'un tel couplage est démontrée sur des cas tests 2D, et les résultas obtenus sont comparés avec la HLBM Despite the inherent efficiency and low dissipative behaviour of the standard lattice Boltzmann method (LBM) relying on a two step stream and collide algorithm, a major drawback of this approach is the restriction to uniform Cartesian grids. The adaptation of the discretization step to varying fluid dynamic scales is usually achieved by multi-scale lattice Boltzmann schemes, in which the computational domain is decomposed into multiple uniform subdomains with different spatial resolutions. For the sake of connectivity, the resolution factor of adjacent subdomains has to be a multiple of two, introducing an abrupt change of the space-time discretization step at the interface that is prone to trigger instabilites and generate spurious noise sources that contaminate the expected physical pressure signal. In the present PhD thesis, we first elucidate the subject of mesh refinement in the standard lattice Boltzmann method and point out challenges and potential sources of error. Subsequently, we propose a novel hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) that combines the stream and collide algorithm with an Eulerian flux-balance algorithm that is obtained from a finite-volume discretization of the discrete velocity Boltzmann equations. The interest of a hybrid lattice Boltzmann method is the pairing of efficiency and low numerical dissipation with an increase in geometrical flexibility. The HLBM allows for non-uniform grids. In the scope of 2D periodic test cases, it is shown that such an approach constitutes a valuable alternative to multi-scale lattice Boltzmann schemes by allowing local mesh refinement of type H. The HLBM properly resolves aerodynamics and aeroacoustics in the interface regions. A further part of the presented work examines the coupling of the stream and collide algorithm with a finite-volume formulation of the isothermal Navier-Stokes equations. Such an attempt bears the advantages that the number of equations of the finite-volume solver is reduced. In addition, the stability is increased due to a more favorable CFL condition. A major difference to the pairing of two kinetic schemes is the coupling in moment space. Here, a novel technique is presented to inject the macroscopic solution of the Navier-Stokes solver into the stream and collide algorithm using a central moment collision. First results on 2D tests cases show that such an algorithm is stable and feasible. Numerical results are compared with those of the previous HLBM

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Younsi, Amina. "Simulations des effets des écoulements sur la croissance cristalline d'un mélange binaire. Approche par méthode de Boltzmann sur réseau." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://theses.hal.science/tel-01221833/document.

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Bertolaccini, Jonathan. "Modélisation et simulation des écoulements de contre-courant de l'hélium superfluide par la méthode Boltzmann sur réseau." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1063/document.

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Abstract:

Les propriétés thermiques exceptionnelles de l’hélium superfluide, ou He-II, sont mises à profit pour la réfrigération cryogénique d'installations de forte puissance, bien que les mécanismes physiques sous-jacents restent mal compris. L’He-II peut être décrit à l’échelle macroscopique comme la superposition de deux fluides en interaction : un fluide normal se comportant comme un liquide ordinaire, et un superfluide sans viscosité. En présence d’une source de chaleur, un contre-courant s’établit naturellement entre ces deux composantes. L’évacuation de la chaleur par ce contre-courant est limitée par l’apparition d’instabilités dans des conditions mal comprises ; la grande dispersion des données expérimentales ne permettant pas de discriminer les différents modèles théoriques. Cette thèse examine à l’aide de simulations numériques le rôle des conditions aux bords et du couplage mutuel entre les deux composantes de l’He-II dans le déclenchement des instabilités de contre-courant.Une approche originale de type Boltzmann sur réseau a été développée pour modéliser à l’échelle mésoscopique l'interaction entre les deux composantes de l’He-II. Un code reproduisant les écoulements de contre-courant en conduite 2d et 3d a été développé et validé. Les résultats obtenus indiquent des effets d’entrée de conduite amplifiés pour la composante superfluide, qui engendrent des pertes de charge anormalement élevées. Le mécanisme responsable de ces effets d’entrée a été étudié et il est montré qu'il peut fausser la détection du seuil de transition dans des conduites trop courtes ; ceci peut expliquer en partie la dispersion des données expérimentales.Pour illustrer la puissance de l'approche dans une géométrie complexe, le sillage d'un obstacle dans un écoulement de contre-courant a été simulé. La présence de zones de recirculation des deux côtés de l’obstacle, déjà observée expérimentalement, est retrouvée et expliquée par un mécanisme original de parois virtuelles The exceptional thermal properties of superfluid helium, or He-II, are exploited to the cryogenic refrigeration of high power installations, although the underlying physical mechanisms remain poorly understood. The He-II can be described macroscopically as the superposition of two fluids in interaction: a normal fluid behaves as an ordinary liquid, and a superfluid without viscosity. In the presence of a heat source, a counterflow established between these two components. The heat dissipation by this counterflow is limited by the occurrence of instabilities in misunderstood condition; the wide dispersion of experimental data does not allow to discriminate between the different theoretical models. This thesis examines using numerical simulations the role of boundary conditions and the mutual coupling between the two components of the He-II in triggering instabilities in counterflow.An innovative lattice Boltzmann type approach was developed to model the mesoscopic scale interaction between the two components of the He-II. A code reproducing counterflow in 2D and 3D conducts has been developed and validated. The results obtained indicate amplified entrance effects for superfluid component, which generate abnormally high pressure drops. The head of these entrance effects mechanism has been studied and it is shown that it can distort the detection of the transition threshold in too short pipes; This may partly explain the dispersion of experimental data.To illustrate the power of the approach in a complex geometry, the wake of an obstacle in a counterflow was simulated. The presence of recirculation areas on both sides of the obstacle, already observed experimentally, is found and explained by a new mechanism using "virtual walls"

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Djebali, Ridha. "Simulation et modélisation des transferts dans les milieux multiphases et multiconstituants par une approche Boltzmann sur réseau." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/0c924101-f7db-4449-a0c9-7465ccfd34ec/blobholder:0/2011LIMO4035.pdf.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur l'étude du procédé de projection par plasma d'arc soufflé par l'approche Boltzmann sur réseau, LBM. Un modèle LBM axisymétrique turbulent a été développé, et a servi à la simulation d'un jet de plasma d'argon pure et d'un mélange d'argon-azote. Les résultats qui en découlent sont en excellent accord avec les résultats expérimentaux et numériques de références. Une formulation Lagrangiènne a été adoptée pour l'étude du phénomène de transport de particules eu projection et des transferts plasma-particules durant leurs séjours dans le gaz chaud. La validation, basée sur les histoires dynamique et thermique de particules de zircone ZrO2 et d'alumine Al2O3, a prouvé une très bonne performance de notre modèle par comparaison au code "Jets&Poudres". L'accent a été ensuite nus sur l'effet de la dispersion à l'injection de poudre d'alumine sur le comportement dynamique et thermique de particules eu vol. Nous avons conclu que l'interaction entre ces paramètres résulte en un champ de projection plus réaliste et que les paramètres d'arrivée (à l’impact sur le substrat) sont raisonnables. Nous concluons sur l'efficacité et l'efficience de la méthode LBM de rendre bien compte de la physique des milieux multiphases et multiconstituants sous conditions extrêmes, dont fait partir la projection thermique In this thesis, we study the plasma spraying process by the help of the lattice Boltzmann approach. LBM. A LB turbulent axisymetric model has been developed and used to simulate a plasma jet flow of pure argon and argon-nitrogen mixture. The present findings are in excellent agreement with previous experimental and numerical results. A Lagrangian formulation was adopted to study the plasma-powder interactions (phenomenon of transport and transfers during the stay in the hot gas). Validation based on the dynamic and thermal stories of zirconia ZrO2 and alumina Al2O3 particles showed the good performance of the present spraying model compared with the "Jets & Poudres" code. Emphasis was, then, put on the effects of dispersions in injection of alumina powder on the dynamic and thermal behavior of in-flight particles. We concluded that the interaction of these parameters results in a more realistic projection field and the arrival parameters (at the impact on the substrate) are reasonable. We conclude on the effectiveness and efficiency of the LBM method to well account of the physics of multiphase and multicomponent media under extreme conditions, which include thermal spraying processes

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Batany, Stéphane. "Influence d’un macropore sur l’écoulement et le transport de solutés en milieu poreux : expérimentations sur sol modèle macroporé et simulations numériques." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1085/document.

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Abstract:

La modélisation des écoulements et du transport dans les milieux poreux est un domaine actif pour, notamment, progresser dans la compréhension du transfert des polluants dans les sols. Les sols présentent fréquemment des hétérogénéités comme des macropores (provoqués par la faune, la flore ou des fissures) et un certain nombre de modèles numériques utilisent les concepts de double ou de multi-perméabilité pour tenir compte de tous les types d’écoulements susceptibles de coexister dans de tels systèmes. Cependant, les modèles classiques semblent sous-estimer l’effet de la macroporosité sur l’écoulement et le transfert préférentiels et restreindre la zone d’écoulement préférentiel au seul volume occupé par la macroporosité. Diverses études expérimentales antérieures à cette thèse ont questionné cette hypothèse. Cette étude se propose de comprendre l’établissement de l’écoulement et du transport préférentiel et en particulier les mécanismes d’échange d’eau et de masse entre un macropore et une matrice poreuse environnante en condition saturée. Pour cela, des traçages de l’eau sont réalisés pour un milieu poreux modèle constitué de billes de verre, traversé par un macropore synthétique et mis en place en colonnes de laboratoire. Elution et transfert dans les colonnes sont caractérisés par suivi de la concentration en sortie et par imagerie par résonance magnétique. Un modèle numérique développé sur la base de la méthode de Boltzmann sur réseau est utilisé pour simuler numériquement des écoulements dans un système macroporé et identifier les mécanismes d’écoulements préférentiels à l’échelle de pores. Les données expérimentales montrent que le transfert du traceur est fortement dépendant du débit d’injection ainsi que du coefficient de diffusion dans l’eau. À fort débit, le transfert semble s’effectuer exclusivement dans le macropore, avec très peu d’échange avec la matrice. Pour des débits plus faibles, la percée présente une inflexion suivie d’un pic. Les images IRM montrent alors un échange significatif de traceur entre le macropore et la matrice poreuse environnante. Les simulations numériques sont utilisées pour calculer le champ de vitesse de l’écoulement dans le système en fonction du débit. Les modélisations numériques montrent que l’écoulement préférentiel est étendu dans la matrice poreuse sur une zone de même dimension que le diamètre moyen des grains indépendamment de la taille du macropore et du débit, dans la gamme de débits simulés. Ces résultats expérimentaux et numériques montrent que l’influence du macropore sur les transferts doit être étendue dans la matrice poreuse sur une zone de la taille des grains pour l’écoulement et sur une zone dépendant du coefficient de diffusion du traceur ainsi que du temps de séjour moyen de celui-ci pour le transfert des solutés Flow and transport modeling through porous media is of primary concern nowadays, especially in order to progress in the understanding of pollutant transfers through soils. Soils present frequently heterogeneities such as macropores (caused by fauna, flora or cracks) and several numerical models use double or multi permeability concepts in order to take into account all flow types that may exist in such porous systems. Nevertheless, classical models seem underestimate the macropore effect on preferential flow and transport by restricting the preferential flow zone only to the volume occupied by the macroporosity. Various experimental studies prior to this thesis have questioned this hypothesis. This study proposes to understand the establishment of preferential flow and transport and in particular the mechanism of flow and solute exchanges between a synthetic macropore and a surrounding porous matrix in saturated condition. For this purpose, water tracing are realized for a model porous media constituted by glass beads, crossed by a synthetic macropore and implemented in laboratory columns. Breakthrough and transport in columns are characterized by monitoring the concentration at the end of the column by magnetic nuclear resonance. A numerical model developed on the basis of lattice-Boltzmann method is used to simul ate flow in macroporous system and identify preferential flow mechanisms at pore scale. Experimental data show that tracer transport is strongly dependent on injection flow rate and the diffusion coefficient in water. At high flow rate, the transport seems to occur exclusively in the macropore, with very little masse exchange with the porous matrix. At lower flow rates, the breakthrough exhibits an inflexion followed by a peak. The MRI images show a significant mass exchange of tracer between the macropore and the surrounding porous matrix. The numerical simulations are used to calculate the flow field in a porous system as a function of flow rate. They show that preferential flow is extended in porous matrix into a zone of same dimension the mean diameter of beads regardless of macropore size or injected flow rate, in the range of simulated flow rates. These experimental and numerical results show that macropore influence on transport should be extended through the surrounding porous matrix into a zone of the same size of grains diameter for flow and into a zone depending on diffusion coefficient as well as mean residence time of the studied tracer for solute transport

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Corre, Samuel. "Méthodes de Boltzmann sur réseau pour la simulation numérique de certains systèmes d'advection-réactiondiffusion provenant de la physique et de la biologie, et analyse mathématique et numérique de problèmes issus du domaine biomédical cardio-vasculaire." Thesis, Rennes, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAR0022/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de développer et d'analyser des techniques numériques basées sur la méthode e Boltzmann sur réseau (LBM) pour résoudre des systèmes non linéaires de type advection-réaction-diffusion provenant de la physique et de la biologie. Avec la LBM, des problèmes portant sur des quantités moyennées densité, potentiel, vitesse, etc) sont exprimés à l'échelle particulaire. Nous approchons la solution de l'équation e Boltzmann relative au comportement d'un champs de particules puis nous recomposons les quantités moyennées solutions des équations traitées. Dans un premier temps, nous développons un cadre général approprié permettant de traiter plusieurs types de systèmes non linéaires (paraboliques, elliptiques, ou couplées ' variables réelles ou complexes), avec des applications à des modèles tels que Burger-Fisher, écoulement de fluides en milieu poreux, Helmoltz, Patlar-Keller-Segel, ou encore Schrodinger. Pour chaque problème, nous analysons le comportement asymptotique de la méthode, quand le nombre de Knudsen tend vers zéro (par le développement de Chapman-Enskog) et nous effectuons l'analyse numérique de la convergence et de la stabilité de la méthode. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à un problème réaliste d'électrophysiologie cardio-vasculaire. Nous adaptons la méthode LBM développée pour approcher les solutions d'un système de type bidomaine permettant de simuler le comportement de potentiels électriques et les interactions ioniques ans la région du myocarde. L'étude et la modélisation d'un tel type de problème est un enjeu sanitaire majeur ans le traitement des pathologies liées par exemple à l'arythmie cardiaque. Notre but étant d'obtenir des comportements réalistes, nous introduisons au sein de ce système bidomaine des opérateurs de retard afin de tenir compte des temps de retard dans les transmissions de signaux. Une fois l'existence et l'unicité de la solution démontrées, nous proposons une série de simulations avec des paramètres physiques et biologiques réalistes afin de valider la méthode proposée In this thesis, we develop and analyze numerical techniques based on the lattice Boltzmann method LBM) for solving systems of nonlinear advection-diffusion-reaction equations from physics and biology. Wi BM, problems relating to averaged quantities (density, potential, velocities, etc.) are expressed at the particle scale. We approach the solution of Boltzmann equation relating to the behavior of a particle field and then we recompose the averaged quantities solutions of treated systems. In the first part, we develop an appropriate general framework to deal with several types of non-linear systems (parabolic, elliptic, or coupled, with real or complex variables), with applications to models such as Burger-Fisher, fluid flow in a porous medium, Helmoltz, Patlar-Keller-Segel, or Schrodinger. For each problem, we analyze the asymptotic behavior of the method, when the number of Knudsen tends to zero (by the development of Chapman-Enskog) and we perform the numerical analysis of convergence and stability of the method. In the second part, we have taken an interest in a realistic problem of cardio-vascular electrophysiology. We adapt the developed LBM method to approach e solutions of a bidomain type system for simulating the behavior of electrical potentials and ionic interactions in myocardial region. The study and modeling of this type of problem is a major health issue in the treatment of pathologies related, for example, to cardiac arrhythmia. Since our goal is to obtain realistic behaviors, we introduce time-delay operators into this coupled system in order to take into account delay in signal transmissions. Once the existence and uniqueness of solution have been demonstrated, we propose a series of simulations with realistic physical and biological parameters to validate the proposed method

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Vogel, Laure. "Influence de l'hétérogénéité physique des microenvironnements du sol sur les transformations microbiennes du carbone : exploration à l'aide d'un modèle de Boltzmann sur réseau." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2015. http://www.theses.fr/2015AGPT0061.

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Abstract:

L’activité des microorganismes hétérotrophes contrôle la vitesse de décomposition de la matière organique du sol (MOS) et pourrait donc être déterminante dans la régulation du climat. La forte hétérogénéité spatiale des conditions abiotiques dans le sol est supposée influencer cette activité, en régulant notamment l’accessibilité des nutriments aux décomposeurs via des processus de transport (diffusion, convection) et de rétention (adsorption). L’échelle des microhabitats – soit celle des pores – apparaît donc pertinente pour étudier les processus de biodégradation dans le sol. Elle reste cependant inhabituelle à cause de difficultés expérimentales qui lui sont associées.Un modèle spatialisé a été construit pour explorer les effets de conditions abiotiques hétérogènes dans les microenvironnements du sol sur la cinétique de biodégradation de substrats carbonés par des microorganismes – représentées ici par des bactéries immobiles. Il résulte du couplage entre un modèle de Boltzmann sur réseau (TRT-LBM [Ginzburg, 2005]) et un modèle biogéochimique de carbone. Il calcule des processus de transport – diffusion – et de biodégradation à l’échelle des pores, dans des milieux hétérogènes dont certaines propriétés structurales sont explicitement décrites, telles que l’architecture de la porosité (implémentée sous la forme d’images discrètes), la distribution de l’eau à saturation partielle et l’arrangement spatial des substrats et des décomposeurs – représentés ici par des bactéries immobiles. L’influence de ces différents facteurs a été évaluée en analysant la variabilité de la cinétique de biodégradation pour une gamme de scénarios décrivant des conditions abiotiques contrastées. Cette source de variabilité a pu être comparée aux incertitudes relevant de la description du métabolisme microbien. Enfin, des expérimentations manipulant la structure de milieux hétérogènes ont été réalisées pour confronter tendances simulées et observées Heterotrophic microorganisms control soil organic matter (SOM) decomposition and may thus have a key importance in climate regulation. Heterogeneous abiotic conditions in soil microenvironments are thought to affect soil decomposers activity by controlling nutrient accessibility through solute transport (diffusion, advection) and sorption processes. Microhabitat – or pore – scale thus appears relevant to study biodegradation processes, but is also challenging to investigate by experimental means.A discrete model was created to explore the effect of abiotic conditions in soil microenvironments on biodegradation kinetics. It results from the coupling of a zero-dimensional soil carbon model and a lattice Boltzmann model (TRT-LBM [Ginzburg, 2005]). It simulates diffusion and biodegradation at the pore scale, as affected by explicitly described structural factors, such as the 3D pore architecture (approximated by discrete images), water distribution under unsaturated conditions and the spatial arrangement of substrates and decomposers – viewed here as immobile bacteria. The model was tested in a range of scenarios depicting contrasted abiotic conditions. The variability in biodegradation kinetics was analyzed to infer the contributions of physical factors. This source of variability was compared to uncertainties associated to biological metabolism description. Finally, experiments manipulating structural factors were performed to confront observed and simulated trends

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Coreixas, Christophe Guy. "High-order extension of the recursive regularized lattice Boltzmann method." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/19861/1/COREIXAS.pdf.

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This thesis is dedicated to the derivation and the validation of a new collision model as a stabilization technique for high-order lattice Boltzmann methods (LBM). More specifically, it intends to stabilize simulations of: (1) isothermal and weakly compressible flows at high Reynolds numbers, and (2) fully compressible flows including discontinuities such as shock waves. The new collision model relies on an enhanced regularization step. The latter includes a recursive computation of nonequilibrium Hermite polynomial coefficients. These recursive formulas directly derive from the Chapman-Enskog expansion, and allow to properly filter out second- (and higher-) order nonhydrodynamic contributions in underresolved conditions. This approach is even more interesting since it is compatible with a very large number of velocity sets. This high-order LBM is first validated in the isothermal case, and for high-Reynolds number flows. The coupling with a shock-capturing technique allows to further extend its validity domain to the simulation of fully compressible flows including shockwaves. The present work ends with the linear stability analysis(LSA) of the new approach, in the isothermal case. This leads to a proper quantification of the impact induced by each discretization (velocity and numerical) on the spectral properties of the related set of equations. The LSA of the recursive regularized LBM finally confirms the drastic stability gain obtained with this new approach.

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Pazdniakou, Aliaksei. "Lattice models in porous media studies." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066116.

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Abstract:

La thèse est consacrée à l'étude des ondes acoustiques et des écoulements à plusieurs phases en milieux poreux. Pour la simulation des écoulements, la méthode de Boltzmann sur réseau a été choisie. On utilise cette méthode pour simuler des écoulements à plusieurs phases ainsi que des ondes acoustiques dans un fluide. Cette méthode représente une approche alternative à la description du mouvement de fluide basée sur la théorie cinétique des gaz. Pour simuler les ondes acoustiques en solide élastique, le modèle LSM (Lattice spring model) a été choisi. Dans le cadre du LSM, le milieu solide est remplacé par un réseau cubique. Les noeuds de réseau sont liés par des ressorts de deux types. Les équations dynamiques obtenues correspondent à celles de la théorie élastique. La méthode a été appliquée pour calculer les célérités des ondes de compression et de cisaillement dans des milieux poreux reconstruits pour différentes fréquences et différentes valeurs de porosité. Les deux modèles (LBM et LSM) ont été couplés par les conditions aux limites pour l'étude des ondes acoustiques en milieu poreux saturé de liquide. Il existe deux approches principales pour simuler des ondes acoustiques en milieu poreux saturé de liquide en utilisant notre modèle (LBM+LSM). La première est basée sur la théorie d’homogénéisation et la deuxième sur la modélisation des ondes acoustiques en temps réel. Les deux méthodes ont été appliquées pour calculer les célérités des ondes acoustiques dans des milieux poreux reconstruits saturés. Les résultats ont été analysés. Les codes ont été systématiquement parallélisés sous OpenMP de manière à réduire significativement les temps de restitution The thesis adresses the study of acoustic waves and multiphase flows in porous media. For the simulation of fluid flows, the lattice Boltzmann method is selected. The method is used for simulation of multiphase flows as well as for acoustic waves in a fluid. The method represents an alternative approach to the description of the fluid dynamics based on the kinetic theory of gases. In order to simulate acoustic waves in an elastic solid, the LSM (Lattice Spring model) is selected. In the framework of the LSM, the medium is replaced by a cubic lattice. The nodes of the lattice are connected by springs of two types. The obtained dynamic equations correspond to those of the theory of elasticity. The method is applied to calculate the compressional and shear wave velocities in reconstructed porous media for various frequencies and porosity values. The two models (LBM and LSM) are coupled by the boundary conditions in order to study acoustic waves in saturated porous media. Two principal approaches exist to simulate acoustic waves in saturated porous media using our coupled (LBM+LSM) model. The first is based on the homogenization theory and the second on the real time simulation of acoustic waves. The two methods are applied for calculation of the acoustic waves velocities in saturated reconstructed porous media. The results are systematically analysed. The codes are parallelized by using OpenMP in order to reduce significantly the program run time

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Noel, Romain. "La méthode de Boltzmann sur réseau pour la simulation numérique des milieux continus en vue de diagnostiques à partir d’images." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEM015.

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Abstract:

Pour déterminer l’évolution temporelle de corps existants, il est nécessaire de partird’une configuration donnée et d’effectuer des calculs prédictifs. Obtenir des informations del’intérieur de la matière sans la détruire, n’est pas une tâche facile. Lorsque la dégradationn’est pas possible, un moyen courant d’acquérir la configuration de départ est l’utilisationde systèmes d’imageries. Et en raison de la complexité du comportement de la matière, ilest également courant de recourir à des méthodes numériques pour simuler les processustemporels. Une méthode numérique relativement récente appelée méthode de Boltzmannsur réseau (LBM) permet d’aborder le processus d’évolution à une échelle mésoscopique.La combinaison de ces deux domaines est étudiée de manière originale dans cette thèse,autour de l’utilisation de la LBM pour les simulations numériques des milieux continus envue de diagnostics à partir d’images.Tout d’abord, une extension de la LBM à la morphologie mathématique est proposée.Elle concourt au développement d’un nouveau concept: le couplage du traitement d’images,des simulations mécaniques et biologiques sur un seul réseau. Ensuite, la simulation dessolides avec la LBM est abordée, via deux approches différentes. La première fournit uneméthode à multiples temps de relaxation analytique pour générer un tenseur de contrainteet un flux de chaleur arbitraires. La seconde introduit la divergence du tenseur de contraintedans l’équation de Vlasov. Les deux approches sont confrontées numériquement à desrésultats théoriques en 1D et 2D et offrent des perspectives prometteuses To determine the evolution in time of existing bodies, it is necessary to start froma given configuration and perform predictive computations. To obtain information fromwithin the matter without destroying it, is not an easy task. When degradation is notpossible, a common way to acquire the initial configuration is the use of imaging systems.And due to the complexity of the behaviour of matter, it is also common to resort tonumerical methods in order to simulate these temporal processes. A relatively recentnumerical method called Lattice Boltzmann Method (LBM) tackles the evolution processat a mesoscopic scale. The combination of these two fields is originally investigated in thisthesis, around the use of the LBM for numerical simulations of continuum medium aimingimage-based diagnostics.Foremost, an extension of the LBM to the morphological mathematics is suggested.It contributes to the development of a new concept: the coupling of image processing,mechanical and biological simulations on a single network. Then, the simulation of solidswith LBM is addressed, using two different approaches. The first one provides an analyticalMultiple Relaxation Times methods to generate arbitrary stress tensor and heat flux. Thesecond introduces the divergence of the stress tensor into the Vlasov equation. Bothapproaches are numerically confronted with theoretical results in 1D and 2D and offerpromising perspectives

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Ricot, Denis. "Simulation numérique d'un écoulement affleurant une cavité par la méthode Boltzmann sur réseau et application au toit ouvrant de véhicules automobiles." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1909_dricot.pdf.

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Abstract:

Cette étude a pour objectif industriel la prédiction du phénomène de battement de toit ouvrant. Tout d'abord un modèle analytique issu de la littérature est modifié et validé. Sur le plan numérique, la possibilité de réaliser des simulations aéroacoustiques avec la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM) est étudiée. Un code bidimensionnel est développé. Un schéma de filtrage est introduit et une condition aux limites acoustique hybride non réfléchissante est proposée. La faible dissipation numérique de la LBM permet de calculer simultanément les fluctuations aérodynamiques et acoustiques. La dispersion numérique est également étudiée. Une simulation directe du bruit rayonné par un écoulement affleurant une cavité rectangulaire est présentée. Le code commercial LBM PowerFLOW est utilisé pour les calculs industriels. La dissipation introduite par le modèle de turbulence est analysée. L'auto-oscillation de l'écoulement affleurant une cavité de Helmholtz (Nelson, 1981) est simulée en 2D et 3D The industrial objective of this study is the prediction of sunroof buffeting. Firstly, an analytical model found in literature is modified and validated. For the numerical approach, the possibility to use the Lattice Boltzmann Method (LBM) for aeroacoustics simulations is studied. A two-dimensional solver is developed. A selective filter is added and a hybrid non-reflecting boundary condition is proposed. The LBM is a low-dissipative scheme : it is therefore possible to calculate simultaneously the aerodynamic and acoustic fluctuations of the flow. The numerical dispersion of the acoustic waves is also investigated. A direct simulation of the noise radiated by the flow over a rectangular cavity is presented. The LBM commercial code PowerFLOW is used for industrial simulations. The dissipation associated with the turbulence model is studied. The self-sustained oscillation of the flow past the Helmholtz cavity (Nelson, 1981) is computed in 2D and 3D

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Miranda, Fuentes Johann. "Développement d'un modèle de Boltzmann sur gaz réseau pour l'étude du changement de phase en présence de convection naturelle et de rayonnement." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961213.

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La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) passe par la réduction des consommations d'énergie. Le stockage de la chaleur dans les parois des bâtiments permet de réduire la consommation d'énergie. Parmi les techniques de stockage, le stockage latent a la capacité de stocker une quantité d'énergie par unité de volume plus importante qu'un système sensible. Le projet INERTRANS a proposé le développement d'une façade associant une isolation translucide et le stockage latent avec un matériau à changement de phase (MCP). La fusion du MCP s'accompagne de la convection naturelle et l'absorption ou transmission du rayonnement. Le couplage de l'ensemble de ces phénomènes n'a pas été étudié dans la littérature. Dans cette thèse un modèle numérique 2D pour l'étude du changement de phase a été développé. Ce modèle utilise la méthode de Boltzmann sur réseau (LB) à temps de relaxation multiple (MRT), pour la résolution du champ de vitesse et la méthode des différences finies, pour la résolution du champ de températures. Le changement de phase a été traité par la formulation enthalpique. L'originalité est l'application de ce modèle au problème de changement de phase avec convection naturelle, d'une part, et au changement de phase avec convection naturelle et rayonnement, d'autre part. Pour vérifier notre modèle sans rayonnement, un cas de référence de la littérature a été simulé. Il s'agit de la fusion des deux MCP, l'étain et l'octadécane, à faible et fort nombre de Prandtl, respectivement. La simulation de l'étain a confirmé un écoulement multicellulaire. La simulation de l'octadécane a montré une forte influence de la convection avec un front de fusion qui se déforme sur toute la cavité. Le nombre de Nusselt pour l'octadécane avec convection est plus de trois fois le Nusselt sans convection. La simulation de l'acide gras de la brique INERTRANS a montré que la convection ne doit pas être négligée, car le flux prédit avec convection peut être jusqu'à trois fois plus grand que le flux prédit sans convection. La fraction fondue est près du double qu'en conduction seule. La méthode LB appliquée aux transferts radiatifs a été étudiée. Il se trouve, qu'à l'état actuel cette méthode n'est pas compétitive par rapport à une méthode classique des ordonnées discrètes (MOD). Enfin, nous avons couplé la MOD pour le calcul du flux radiatif avec la méthode LB pour le calcul du champ de vitesses et des différences finies pour l'équation de l'énergie. Le rayonnement grande longueur d'onde n'a pas d'influence notable sur les transferts thermiques. Le rayonnement courte longueur d'onde augmente les transferts thermiques, pourtant, cet effet n'est pas aussi important que l'augmentation due à la convection pour le matériau choisi. Puisqu'aucune solution de référence n'existe dans la bibliographie, nos résultats peuvent désormais servir d'éléments de comparaison pour de futurs travaux. Une validation expérimentale constituerait une perspective nécessaire.

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Feng, Yongliang. "Multiscale Simulation Using Thermal Lattice Boltzmann Method with Turbulence Effects." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066254.

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Abstract:

La simulation numérique de l’écoulement des fluides et du transfert dechaleur dans les phénomènes multi-échelles est encore très difficile avecles méthodes numériques conventionnelles, e.g. la méthode de Volumes Finis(FVM) etc. Récemment développée pour simuler les écoulements desfluides, le transfert de chaleur et des phénomènes physiques complexes, laméthode de Lattice Boltzmann (LBM) est basée sur la théorie cinétiquedu fluide, qui possède de nombreuse caractéristiques distinctives. Afind’élargir le champ d’application de LBM, cette thèse doctorale a mené destravaux de recherches systématiques sur la combinaison entre LBM et lesméthodes macroscopiques et sur les modèles thermiques et la simulation dela turbulence en utilisant LBM. Les principales contributions de cette thèsesont: 1. Un couplage multi-échelles LBM-FVM est construit pour les écoulementsdu fluide instationnaire et un opérateur de reconstruction g´en´erale entreLBM et FVM est proposé pour le transfert de l’information; 2. Un modèle thermique 3D de LBM est développé pour les écoulements compressibles thermiques à faible nombre de Mach, et un modèle de LBM entièrement compressible avec factorisation symétrique est proposé pour simuler les écoulements fortement compressibles; 3. Un schéma asymptotique de volumes finis LBM et un schéma de LBM basé sur propagation fractionnaire et collision à demi-étape sont proposés pour simuler les écoulements subsoniques à grande vitesse et transsoniques; 4. La simulation des grandes échelles (LES) turbulentes est effectuée et étudiée dans le cadre de LBM thermique. Un modèle de paroi utilisant LBM thermique est développé pour un écoulement à nombre de Reynolds élevé The simulation of fluid flows and heat transfer of multiscale phenomena orprocesses is one of the most challenging domains from the theoretical aswell as the numerical modeling point of view. It is difficult to model andsimulate multiscale problems using conventional computational fluid dynamicsmethods. As an approach based on the mesoscopic kinetic equationfor fluids and has many distinctive features, the lattice Boltzmann method(LBM) is a recently developed method for simulating fluid flows, heat transferand complicated physical phenomena. However, the applications of latticeBoltzmann method in actual multiscale problem are still in explorationstage. In order to enlarge the application scope of lattice Boltzmann methodfor multiscale simulation, the present work has conducted systematic researchon combination of LBM and macroscopic methods, thermal lattice Boltzmann models and turbulence simulation using LBM. The major contributions of this dissertation are summarized as follows: 1. A multiscale coupling LBM-FVM is constructed for unsteady fluid flows and a general reconstruction operator between LBM and FVMis proposed for information transfer. 2. A three-dimensional thermal lattice Boltzmann model is developed for thermal compressible flows with variable density in low Machnumber limit. Further more, a fully compressible lattice Boltzmann model with factorization symmetry is proposed for simulating high compressible flow. 3. An asymptotic preserving finite volume scheme LBM and a fractional propagation half step collision LBM are proposed for simulating high subsonic and transonic flows. 4. Large eddy simulation for turbulence is studied in framework of thermallattice Boltzmann method. Wall modeled LES using thermalLBM is developed for high Reynolds number flow

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Masson, David Lucien Robert. "Formation de dépôts limitée par l'hydrodynamique : étude expérimentale et numérique dans le cas d'un collecteur cylindrique." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2006. http://www.theses.fr/2006ECAP1016.

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Abstract:

Nous avons étudié le dépôt de particules non Browniennes sur un collecteur cylindrique en fonction du nombre de Reynolds. Les expériences ont été effectuées dans une cellule transparente permettant à la fois de visualiser la formation du dépôt et de mesurer la vitesse du fluide. Le collecteur est un cylindre de 10 mm de diamètre. La suspension a été préparée à partir d'une solution diluée de KCl et de particules de Rilsan®, granules ayant un diamètre moyen de 0,06 mm, de masse volumique très proche de celle de l'eau. La vitesse du liquide porteur a été mesurée en utilisant la vélocimétrie par images de particules (PIV). Les particules traceuses utilisées pour la PIV sont les particules de Rilsan elles-mêmes. Le tenseur des contraintes visqueuses et la contrainte de cisaillement exercés par le fluide à la surface du collecteur ou du dépôt ont été obtenus en dérivant les données de PIV. La formation du dépôt a été suivie pour des valeurs du nombre de Reynolds, variant de 15 à 90. Pour la plus petite valeur du nombre de Reynolds, la croissance du dépôt est principalement limitée par des avalanches, alors que la croissance du dépôt est limitée par l'érosion pour les plus grandes valeurs du nombre de Reynolds. Dans ce dernier cas après un régime transitoire, le dépôt atteint une forme stationnaire dont les caractéristiques dépendent de la valeur du nombre de Reynolds. Ainsi, la taille et la rugosité du dépôt diminuent à mesure que le nombre de Reynolds de l'écoulement augmente. La contrainte de cisaillement exercée par le fluide sur la surface du dépôt n'est pas uniquement fonction des forces de cohésion comme on pouvait s'y attendre mais dépend également du nombre de Reynolds. En effet, un examen attentif des réentraînements se produisant à la surface indique que les particules sont réentraînées principalement sous forme d'agrégats (plutôt qu'individuellement) et que la taille des agrégats réentraînés diminue à mesure que le nombre de Reynolds augmente We have studied the deposition of non-Brownian particles around a cylindrical collector when the particles are mainly submitted to hydrodynamic and weak cohesive effects. The experiments have been performed in a transparent cell allowing the visualization of the deposit formation and the fluid velocity measurement. The collector is a cylinder with a diameter of 10 mm. The suspension was prepared from a dilute solution of KCl and nonbuoyant Rilsan® particles, which consists of granules with a mean diameter of 0,06 mm. The fluid velocity has been measured using particle image velocimetry (PIV). The PIV tracer particles are the suspended Rilsan particles themselves. The viscous stress tensor and the wall shear stress exerted by the fluid on the deposit surface have been derived from the PIV data. The deposition has been followed for values of the Reynolds number, varying from 15 to 90. For the smaller value of the Reynolds number, the growth of the deposit is mainly limited by avalanches, while the growth of the deposit is limited by erosion for larger value of the Reynolds number. In the latter case, the deposit reaches a round hill like steady shape after a transient regime. Its characteristics depend on the value of the Reynolds number. In particular, its height and its roughness decreases as the Reynolds number of the flow increases. The wall shear stress exerted by the fluid on the deposit surface is not a function of the cohesion forces alone as expected but depends also on the Reynolds number

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Anda, Ondo Diemer. "Modélisation et analyse des systèmes à paramètres distribués non linéaires par la méthode de Boltzmann sur réseau : application aux écoulements à surface libre." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00860782.

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Abstract:

Nous étudions dans cette thèse, composée de deux parties, la modélisation des écoulements en eaux peu profondes par la méthode de Boltzmann sur réseau et l'analyse des propriétés de commandabilité et d'observabilité des modèles obtenus. Dans la première partie, nous nous consacrons d'abord à la modélisation par la méthode de Boltzmann sur réseau des équations de Saint-Venant. En utilisant une linéarisation autour d'un profil d'équilibre, une représentation sous forme d'état des modèles de Boltzmann sur réseau est définie. Cette représentation incorpore les termes de force, et permet une définition complète des entrées (commandes) et des sorties (mesures). Nous représentons ensuite les phénomènes de sédimentation dans les écoulements en eaux peu profondes avec la méthode de Boltzmann sur réseau. Ce modèle défini en une dimension est validé numériquement en le comparant avec un modèle de volumes finis qui résout les équations de Saint-Venant-Exner. Le modèle LB défini est moins gourmand en temps de calcul et plus facile à manipuler que les modèles traditionnels. Dans la deuxième partie, nous traitons de l'analyse des propriétés de commandabilit é et d'observabilité des modèles LB obtenus. La première analyse est faite sur les critères algébriques de Kalmann et permet d'établir la non conservation des propriétés de commandabilité et d'observabilité lorsque l'ordre de réduction du système est augmenté. Une analyse plus approfondie basée sur la détermination les grammiens de commandabilit é et d'observabilité montre également que le constat reste valide pour les méthodes de discrétisation classique. La résolution des grammiens est faite avec des méthodes particulièrement adaptées aux structures creuses et de grande dimension que sont les matrices de la dynamique, de commande et/ou d'observation des modèles LB. Enfin, nous établissons que pour une commande aux frontières classique des canaux d'irrigation en débit et hauteur, la famille de systèmes des modèles LB d'ordre réduit n'est pas uniformément commandable alors qu'avec l'utilisation des variables de scattering comme variables de commande, cette famille devient uniformément commandable.

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Ge, Fei. "The lattice Boltzmann method dedicated to image processing." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI012.

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Abstract:

La méthode de Boltzmann sur réseau est un outil de simulation numérique dont la formulation à l'échelle mésoscopique permet d'éviter la résolution d'une équation différentielle, et repose sur des mécanismes de propagation et de collision au cours du temps, de distributions de particules se propageant sur un réseau régulier. Si les lois de conservation sont imposées en chaque nœud du réseau, alors la solution générée correspondra à la modélisation de phénomènes physiques à l'échelle macroscopique. Dans ce contexte la méthode de Boltzmann est tout à fait adaptée pour résoudre un problème de mécanique des fluides qui équivaut à résoudre indirectement l'équation de Navier-Stokes. Récemment des travaux en traitement d'images ont été réalisés en adaptant la méthode de Boltzmann sur réseau à des opérations de segmentation, de dé bruitage, etc. Par ailleurs la méthode Boltzmann est intrinsèquement adaptée au calcul parallèle sur cartes graphiques permettant ainsi d'optimiser les temps de calculs. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse est de développer une stratégie générale de segmentation multi-seuils appliquée à des données 3D. L'élaboration d'une fonction de collision originale couplée à un algorithme des k-moyennes réalisant une division en "K" partitions ("clusters") des niveaux de gris de l'image considérée, permet une segmentation efficace à seuils multiples. La précision et l’efficacité de la solution proposée ont été validées sur des images de références et sur des séquences d'imagerie médicale traitant d’anévrismes cérébraux. Egalement la méthode proposée couplant la méthode de Boltzmann et la méthode des k-moyennes, a été testée sur cartes graphiques n’VIDIA attestant que la méthode proposée permet une accélération des calculs d'un facteur au moins supérieur à cent et avec une précision identique relevée notamment lors de la segmentation de la paroi d'anévrismes intracrâniens Lattice Boltzmann Method (LBM) is a numerical tool for solving partial differential equation, LBM being a mesoscopic model dealing with the material containing a quantity of particles in order to simulate macroscopic phenomenon. As a numerical tool LBM has proved its capability to simulate complex fluid flow behaviours and more recently to process medical images. In the framework of image analysis, LBM is implemented to perform de-noising operation, image boundary detection and image segmentation. In addition, LBM has advantage of strong amenability to parallel computing, especially on low-cost, powerful graphics hardware (GPU).In this direction, the main purpose of this thesis is to develop a general parallel computational segmentation algorithm. We have proved the efficiency of the proposed original method through the segmentation of the wall of an aneurysm and associated with parent blood vessels, whole cerebral data-set and stent-assisted aneurysm. The parallel segmentation algorithm has been run on nVIDIA graphic card, and demonstrates that the speedup has been improved by more than 100 times under the same precision

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Costeseque, Guillaume. "Contribution à l'étude du trafic routier sur réseaux à l'aide des équations d'Hamilton-Jacobi." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1081/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur la modélisation et la simulation du trafic routier sur un réseau. Modéliser le trafic sur une section homogène (c'est-à-dire sans entrée, ni sortie) trouve ses racines au milieu du XXème siècle et a généré une importante littérature depuis. Cependant, la prise en compte des discontinuités des réseaux comme les jonctions, n'a attiré l'attention du cercle scientifique que bien plus récemment. Pourtant, ces discontinuités sont les sources majeures des congestions, récurrentes ou non, qui dégradent la qualité de service des infrastructures. Ce travail se propose donc d'apporter un éclairage particulier sur cette question, tout en s'intéressant aux problèmes d'échelle et plus particulièrement au passage microscopique-macroscopique dans les modèles existants. La première partie de cette thèse est consacrée au lien existant entre les modèles de poursuite microscopiques et les modèles d'écoulement macroscopiques. Le passage asymptotique est assuré par une technique d'homogénéisation pour les équations d'Hamilton-Jacobi. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation et à la simulation des flux de véhicules au travers d'une jonction. Le modèle macroscopique considéré est bâti autour des équations d'Hamilton-Jacobi. La troisième partie enfin, se concentre sur la recherche de solutions analytiques ou semi-analytiques, grâce à l'utilisation de formules de représentation permettant de résoudre les équations d'Hamilton-Jacobi sous de bonnes hypothèses. Nous nous intéressons également dans cette thèse, à la classe générique des modèles macroscopiques de trafic de second ordre, dits modèles GSOM This work focuses on modeling and simulation of traffic flows on a network. Modeling road traffic on a homogeneous section takes its roots in the middle of XXth century and it has generated a substantial literature since then. However, taking into account discontinuities of the network such as junctions, has attracted the attention of the scientific circle more recently. However, these discontinuities are the major sources of traffic congestion, recurring or not, that basically degrades the level of service of road infrastructure. This work therefore aims to provide a unique perspective on this issue, while focusing on scale problems and more precisely on microscopic-macroscopic passage in existing models. The first part of this thesis is devoted to the relationship between microscopic car-following models and macroscopic continuous flow models. The asymptotic passage is based on a homogenization technique for Hamilton-Jacobi equations. In a second part, we focus on the modeling and simulation of vehicular traffic flow through a junction. The considered macroscopic model is built on Hamilton-Jacobi equations as well. Finally, the third part focuses on finding analytical or semi-analytical solutions, through representation formulas aiming to solve Hamilton-Jacobi equations under adequate assumptions. In this thesis, we are also interested in a generic class of second order macroscopic traffic flow models, the so-called GSOM models

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Kostenko, Romaric. "Simulation d'écoulements non-newtoniens en milieu poreux macroscopique par la méthode de lattice-Boltzmann." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS561.

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Abstract:

Un fluide non-newtonien est un fluide dont la relation entre son taux de déformation et la contrainte qui lui est imposé n'est pas linéaire. Dans un milieu poreux, la contrainte imposée au fluide dépend de la pression imposée mais aussi de la taille des pores, et donc de la perméabilité à l'échelle macroscopique. Certains fluides peuvent avoir une rhéologie qui présente un changement à partir d'un seuil en contrainte. Si la taille des pores est aléatoire, le fluide va alors changer de régime de façon hétérogène dans le milieu. L'écoulement pourra alors présenter un premier régime où tout le fluide est en dessous du seuil, un régime où tout le fluide est au-dessus du seuil, et un régime intermédiaire pour lequel les deux types de rhéologie coexistent. Nous nous intéressons à ce régime intermédiaire pour des écoulements de fluide non-newtonien en milieu poreux macroscopique, étudiés par des simulations. Plus particulièrement, nous regardons l'écoulement d'un fluide de Bingham et celui d'un fluide de Carreau. Le fluide de Bingham ne s'écoule qu'à partir d'une contrainte seuil. En dessous du seuil, il se comporte comme un solide. Au-delà, sa relation taux de déformation/contrainte suis une loi affine. Les fluides de Carreau ont une relation taux de déformation/contrainte qui change de régime entre une loi linéaire et une loi de puissance. L'étude à l'échelle macroscopique se fait en simulant une loi de Darcy-Brinkman dans un champ de perméabilité hétérogène. Nous utilisons pour nos simulations la méthode de Boltzmann sur réseau, avec une grille de nœuds régulière, plus particulièrement le schéma à deux temps de relaxation d'Irina Ginzburg. Pour chaque fluide, nous regardons la relation débit-pression, ainsi que les propriétés géométriques des différents régimes d'écoulement. Nous caractérisons plus particulièrement les propriétés multi-échelles des régions dans un le même régime d'écoulement (clusters), telles que leur taille ou leur forme. Nous faisons aussi le lien entre ces propriétés géométriques et la théorie de la percolation, qui étudie le comportement de cartes de nœuds s'ouvrant aléatoirement et qui prédit des propriétés fractales A non-newtonian fluid is a fluid which relation between it's shear rate and the stress under which it is put, is not linear. In a porous medium, the stress imposed to the fluid depends on the imposed pressure, but also on the pores size, and therefore on the macroscopic scale permeability. Some fluids have a rheology such that the fluid show a change of behaviour reaching a yield stress. If the pore size is random, then the fluid will present heterogeneous regime changes in the medium. The flow will then show a first regime where the whole fluid will be under the threshold, a regime where the whole fluid will be far above the threshold, and an intermediate regime for which both rheologies coexists. We are interested in intermediate regime for the flow of non-newtonian fluids in macroscopic porous media, and study it with numerical simulations. More particularly, we look at the flow of a Bingham fluid and that of a Carreau fluid. The Bingham fluid doesn't flow under a yield stress. Under the threshold, it behaves as a solid. Beyond, it's shear-rate/stress relation is an affine law. Carreau fluids have a shear-rate/stress relation that change regime between that of a newtonian fluid, and a power law. The macroscopic scale study is done simulating a Darcy-Brinkman law in a heterogeneous permeability field. We use for our simulations the lattice-Boltzmann method, on a regular node grid, and more specifically Irina Ginzburg two relaxation-time scheme. For each fluid, we study the flow-pressure relationship, as well as the geometric properties and the multi-scale properties in the fluid regions in the same flow regime (clusters), properties such as their size and shape. We also link these geometrical properties to the percolation theory, which studies the behaviour of randomly opening node maps and predicts fractal properties

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Tran, Duc Kien. "Modélisation numérique discrète de l'érosion interne par renard hydraulique dans les barrages ou digues en terre." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC055/document.

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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la modélisation discrète de l’évolution régressive du front d’un conduit d’érosion qui peut se produire dans les barrages ou digues en remblai. Des outils numériques ont été développés en se basant sur le couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) pour la description, respectivement, des phases solide et fluide. L’implémentation de la méthode DEM suit une approche standard de type dynamique moléculaire (DM) et les interactions intergranulaires sont modélisées par des contacts unilatéraux visco-élastiques frottants ou bilatéraux (ponts solides) viscoélastiques, afin de permettre la modélisation d’un sol légèrement cohésif. La méthode LBM est implémentée ici avec des temps de relaxation multiples (MRT) et une condition de rebondissement interpolée pour les frontières solides en mouvement, afin d’améliorer la stabilité numérique des calculs. Le schéma du couplage entre les deux méthodes, ainsi que les critères pour le choix des paramètres numériques des deux méthodes. Pour étudier le phénomène visé, un échantillon représentatif de sol granulaire situé au front d’un conduit d’érosion est d’abord assemblé par une procédure de préparation “à sec”, puis testé dans des conditions saturées sous un chargement hydraulique monotone croissant. L’érosion régressive se produit par amas de grains au niveau du front d’érosion ayant subi au préalable une dégradation due à de nombreuses ruptures de ponts solides en traction. L’autre phénomène important observé est la présence d’arcs associés a` des chaines de forces en compression qui parviennent à maintenir parfois totalement, parfois partiellement l’intégrité du matériau non érodé The work reported in this thesis consists in a discrete modelling of the backward front propagation of an erosion pipe, as can take place in embankment dams or dikes. Some numerical tools have been developed to this end, based on the coupling between the Discrete Element Method (DEM) and the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the representation of the solid and uid phases, respectively. The implementation of DEM follows a standard molecular dynamics approach and the interaction among grains are regulated by unilteral frictional visco-elastic and breakable visco-elastic bonds, in order to take into account a slightly cohesive soil behaviour. The LBM was implemented according to the Multiple Relaxation Time (MRT) scheme along with an interpolated non-slip conditions for moving boundaries, in order to improve the numerical stability of the calculations. The coupling scheme is described along with the criteria for the numerical parameters of the two methods. A representative specimen of a granular soil located at the front of an erosion pipe is first assembled by a \dry" preparation precedure and then tested under fully-saturated conditions and increasing hydraulic load over time. Backward erosion is takes place in the form of clusters of grain being eroded at the erosion front after a degradation of the material due to the breakage of tensile bonds. The other interesting feature that was observed is the creation of arches of compressive force chains. These arches enabled the specimen to maintain a stable or metastable configuration under the increasing hydraulic load

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Zhang, Hengdi. "Simulation de la microcirculation sanguine et son couplage à la signalisation biochimique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY072/document.

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Abstract:

La circulation sanguine joue un rôle vital en microcirculation, et ce pour le transport de l'oxygène, le dioxide de carbone et d'autres nutriments. Les globules rouges (GR) constituent la majorité des cellules du sang, c'est pourquoi par "écoulement sanguin", nous entendrons "écoulement d'une suspension de GR". Pendant longtemps l'écoulement sanguin était vu comme un phénomène passif où les GR sont considérés comme des cargos d'oxygène. La vision moderne est tout autre: l'écoulement sanguin est bel et bien un phénomène actif. Les GR ainsi que les cellules endothéliales (qui tapissent les faces internes des vaisseaux sanguins) sont impliquées dans un grand nombre de signalisations biochimiques induites par les contraintes hydrodynamiques, la route vers des régulations vasomotrices sans l'intervention du système nerveux. Par exemple, les GR ne transportent pas que l'oxygène, mais également de l'ATP (adenosine triphosphate), qui est libérée suite à des changements de conformation de protéines membranaires induite par les contraintes hydrodynamiques. Cette thèse est dédiée à la circulation sanguine et son couplage avec la signalisation biochimique ayant lieu en microcirculation. Plus précisément, les questions traités dans cette thèse sont i) la dynamique des GR, ii) le problème de la diffiusion-advection d'espèces chimiques au sein des écoulements sanguins, et iii) le rôle de la géométrie des réseaux vasculaires dans le processus de la signalisation biochimique mentionnés plus haut. Dans un premier temps nous analysons la dynamique de GR dans un écoulement de Poiseuille en présence de valeurs réalistes de contraste de viscosité. Dans un deuxième temps nous développons un modèle de diffusion-advection et le couplons aux écoulements sanguins en adoptant la méthode de Boltzmann sur réseaux; nous exploitons ensuite formulation en l'appliquant au problème de la libération de l'ATP par les GR sous écoulement. Enfin nous présentons des résultats préliminaires pour la problématique générale de l'écoulement sanguin mettant en jeu l'ATP libéré par les GR et la signalisation de calcium par les cellules endothéliales. Cette étude constitue un premier pas vers le problème général et ambitieux de la régulation locale mechano-biochimique impliquée dans la microcirculation Blood flow in microcirculation is vital for oxygen, carbon dioxide and nutrients transport. Most of blood cells are red blood cells (RBCs), so that by blood flow we mean flow of a suspension of RBCs. For long time blood flow has been mainly considered as a passive phenomenon, in which RBCs are viewed as passive carriers of oxygen. The modern view is completely different: blood flow is more active than we thought. The RBCs as well as vascular endothelial cells covering the internal walls of blood vessels are involved in a number of biochemical signaling processes that are triggered by shear stress eliciting a number of biochemical events, and ultimately resulting into vasomotor regulation without participation of the nerve system. For example, RBCs do not only carry oxygen but also ATP (adenosine triphosphate) , the release of which occurs thanks to changes of RBC membrane protein conformations caused by shear stress. Released ATP reacts with some endothelial membrane receptors leading to vasodilation. This thesis is devoted to blood flow and its coupling to biochemical signaling. More precisely, we investigate i) the dynamics of RBCs, ii) the advection diffusion of chemicals in blood flow and the role of iii) the geometry of vessel networks, in the mentioned signaling processes in microcirculations. Firstly, we study the RBC dynamics in a pipe flow with realistic viscosity contrast values, where a link between shape dynamics and rheology is established. Secondly, we develop an advection-diffusion solver that can handle general moving curved boundaries based on lattice-Boltzmann method (LBM); we then implement it for the study of the problem of ATP release from RBCs under shear flow. Membrane tension and deformation induced by shear stress together with vessel network geometry contribute to ATP release. Finally we demonstrate the capability of applying our model and our numerical tool to the complete problem of blood under flow involving ATP release from RBCs and endothelial calcium signaling as a preliminary step to the ambitious task of mechano-involved local regulation events in microcirculation

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Hogan, Brenna. "Numerical study of blood microcirculation and its interactions with the endothelium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX004/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude des interactions entre les globules rouges (GRs)et l’endothélium, la couche des cellules qui délimite les vaisseaux sanguins.Il a été démontré que l’endothélium et les GRs jouent des rôles actifs dans divers processus du système vasculaire, et leurs interactions produisent un signal bio chimique grâce à des moyens à la fois chimiques (molécules de signalisation) et mécaniques (taux de cisaillement sur les parois). D’abord,nous étudions le rôle des GRs, y compris dans des conditions pathologiques, dans la création de contraintes de cisaillement spatialement et temporellement dynamiques sur l’endothélium. Il a été montré que les contraintes de cisaillement constituaient un élément critique dans le déclenchement d’un signal bio mécanique depuis l’endothélium. Par ailleurs, étant donné qu’il a été montré que les parois des vaisseaux sanguins ondulent en raison des cellules endothéliales individuelles qui le composent, nous avons intégré à notre modélisation cette géométrie. On trouve que cette ondulation affecte la dynamique des GRs dans l’écoulement ainsi que le taux de cisaillement sur les parois. Nous étudions rapidement dans quelle mesure la déformabilité d’un GR affecte sa trajectoire dans un vaisseau ondulé. Pour cela, nous nous inspirons du processus de fonctionnement un appareil de déplacement latéral déterministe (DLD) qui utilise les variations de trajectoires des particules en fonction de leur taille pour les séparer dans l’écoulement. Nous étudions par ailleurs l’effet des suspensions de GRs sur les caractéristiques rhéologiques et les contraintes de cisaillement sur la paroi du vaisseau.Finalement, nous nous adressons à les interaction chimiques en développons un modèle numérique avec la méthode de Boltzmann sur réseaux-limite immergée (LB-IBM) pour résoudre la diffusion et l’advectiond’un soluté libéré par un particule en mouvement et déformable. L’oxygène et l’adénosine triphosphate (ATP) sont toutes les deux libérées par les GRs,se diffusent dans l'écoulement, et sont absorbées par l’endothélium. Ils représentent des facteurs de signalisation critiques pour les processus de l’inflammation et vasodilatation. Nous montrons que la morphologie des GRs affectera le temps de résidence et la dilution des espèces chimiques lorsqu’elles rentreront en contact avec la paroi du vaisseau. Ensemble, ces éléments nous conduisent vers la développement d’un modèle capable de simuler des processus vitaux du système vasculaire qui résultent d’événements locaux de composants individuels This thesis is devoted to the study of the interactions between red blood cells (RBCs) and the endothelium, the monolayer of cells lining blood vessels. The endothelium and RBCs have been shown to be active participants in various processes in the vascular system, and their interactions trigger biochemical signalling by mechanical (wall shear stress) and chemical (signalling molecules) means. We first investigate the role of RBCs, including pathological conditions, in creating time- and space-varying shear stress on the endothelium. Shear stress has been shown to be a critical element in biochemical signalling from the endothelium. In addition, as it has been shown that the endothelium is undulating due to the individual endothelial cells comprising it, we take this into account in our model of the geometry of the vessel wall. We find that this undulation affects the dynamics of the RBCs in the flow and the wall shear stress. We briefly explore how the deformability of a single RBC affects its trajectory in undulating channels, inspired by the idea behind deterministic lateral displacement devices (DLDs) which exploit the differing trajectories of particles based upon their sizes to separate them in flow. We also investigate the effect of suspensions of RBCs in undulating channels on rheological properties and wall shear stress. Finally, we address the chemical interactions by building a numerical model with the lattice Boltzmann-immersed boundary method (LB-IBM) to solve advection-diffusion of solute released from moving, deformable particles. Oxygen and adenosine triphosphate (ATP) are both released by RBCs and are advected and diffused in the flow and uptaken by the endothelium and serve as critical signalling factors in inflammation and vasodilation. We find that the morphology of RBCs will affect the residence time and dilution of the chemical species upon contact with the wall. Together, these elements lead us towards the development of a model capable of simulating vital processes in the vascular system which result from local interactions of individual components

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Hasnaoui, Safae. "Transferts de chaleur et de masse couplés en milieux confinés engendrés par diffusion thermogravitationnelle : étude mésoscopique." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0002.

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Le travail présenté dans cette thèse est une contribution à l'étude de la convection naturelle thermosolutale dans des configurations rectangulaires confinant des mélanges binaires. Des couplages de second ordre (effet Soret ou thermo-diffusion et effet Dufour ou diffusion-thermo), souvent négligés dans la littérature, ont été considérés en plus d'une génération volumique interne de la chaleur. Le recours à des méthodes numériques de simulation différentes des méthodes classiques faisait partie des objectifs de cette étude. Ainsi, on a adopté la méthode de lattice Boltzmann sur réseau qui est une approche mésoscopique avec une approximation à temps de relaxation simple (SRT) et multiple (MRT). L'étude a été focalisée sur l'effet des paramètres les moins étudiés dans la littérature (intensité de la génération interne de la chaleur, effet Soret et effet Dufour) pour des forces de volumes thermique et solutale de même intensité avec des effets opposés ou coopérants. Les résultats obtenus sont caractérisés par une richesse de phénomènes engendrés par les effets combinés des paramètres de contrôle et non reportées dans la littérature. Par exemple, la possibilité de purification/charge du milieu des/en espèces par effet Soret a été observée dépendamment des autres paramètres de contrôle. L'étude a permis également d'identifier des effets stabilisants et déstabilisants des paramètres de Soret et Dufour sur les gammes des intensités de la génération interne de la chaleur qui conduisent à des écoulements stationnaires et instationnaires en l'absence des effets de la thermo-diffusion et de la diffusion-thermo The work presented in this thesis is a contribution to the study of natural thermosolutal convection in rectangular configurations confining binary mixtures. Couplings of second order (Soret effect or thermo-diffusion and Dufour effect or diffusion-thermo), often neglected in the literature, were considered in addition to an internal volumetric heat generation. The use of numerical simulation methods different from conventional methods was among the objectives of this study. Thus, we have adopted the lattice Boltzmann method which is a mesoscopic approach with a simple (SRT) and multiple (MRT) relaxation time approximations. The study was focused on the effect of the least studied parameters in the literature (intensity of internal heat generation, Soret effect and Dufour effect) in the case of thermal and solutal buoyancy forces with the same intensity and opposite or cooperating effects. The results obtained are characterized by a wealth of phenomena generated by the combined effects of the control parameters and not reported in the literature. For example, the possibility of purification/loading of the medium from/with species by Soret effect was observed depending on the other control parameters. The study has also allowed to identify the stabilizing and destabilizing effects of the Soret and Dufour parameters on the intensities ranges of the internal heat generation that lead to steady and unsteady flows in the absence of the effects of the thermo-diffusion and diffusion-thermo

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Vienne, Lucien. "Simulation of multi-component flows by the lattice Boltzmann method and application to the viscous fingering instability." Thesis, Paris, CNAM, 2019. http://www.theses.fr/2019CNAM1257/document.

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Abstract:

La méthode de Boltzmann sur réseau est une formulation discrète particulière de l'équation de Boltzmann. Depuis ses débuts, il y a trente ans, cette méthode a gagné une certaine popularité, et elle est maintenant utilisée dans presque tous les problèmes habituellement rencontrés en mécanique des fluides notamment pour les écoulements multi-espèces. Dans le cadre de ce travail, une force de friction intermoléculaire est introduite pour modéliser les interactions entre les molécules de différent types causant principalement la diffusion entre les espèces. Les phénomènes de dissipation visqueuse (collision usuelle) et de diffusion moléculaire (force de friction intermoléculaire) sont séparés et peuvent être ajuster indépendamment. Le principal avantage de cette stratégie est sa compatibilité avec des optimisations de la collision usuelle et les opérateurs de collision avancés. Adapter un code mono-espèce pour aboutir à un code multi-espèces est aisé et demande beaucoup moins d’effort comparé aux précédentes tentatives. De plus, il n’ y a pas d’approximation du mélange, chaque espèce a ses propres coefficients de transport pouvant être calculés à l’aide de la théorie cinétique des gaz. En général, la diffusion et la convection sont vus comme deux mécanismes séparés : l’un agissant sur la masse d’une espèce, l’autre sur la quantité de mouvement du mélange. En utilisant une force de friction intermoléculaire, la diffusion et la convection sont couplés par l’intermédiaire la quantité de mouvement de chaque espèce. Les mécanismes de diffusion et de convection sont intimement liés dans de nombreux phénomènes physique tel que la digitation visqueuse.L’instabilité de digitation visqueuse est simulée en considérant dans un milieu poreux deux espèces dans des proportions différentes soit un mélange moins visqueux déplaçant un mélange plus visqueux. Les principaux moteurs de l’instabilité sont la diffusion et le contraste de viscosité entre les espèces. Deux stratégies sont envisagées pour simuler les effets d’un milieu poreux. Les méthodes de rebond partiel et de force de Brinkman bien que basées sur des approches fondamentalement différentes donnent dans notre cas des résultats identiques. Les taux de croissance de l’instabilité calculés à partir de la simulation coïncident avec ceux obtenus à partir d’analyses de stabilité linéaire. L’évolution de la longueur de mélange peut être divisée en deux étapes dominées d’abord par la diffusion puis par la convection. La physique de la digitation visqueuse est ainsi correctement simulée. Toutefois, les effets de diffusion multi-espèces ne sont généralement pas pris en compte lors de la digitation visqueuse de trois espèces et plus. Ces derniers ne sont pas négligeable puisque nous mettons en avant une configuration initialement stable qui se déstabilise. La diffusion inverse entraîne la digitation dont l’impact dépend de la diffusion entre les espèces The lattice Boltzmann method (LBM) is a specific discrete formulation of the Boltzmann equation. Since its first premises, thirty years ago, this method has gained some popularity and is now applied to almost all standard problems encountered in fluid mechanics including multi-component flows. In this work, we introduce the inter-molecular friction forces to take into account the interaction between molecules of different kinds resulting primarily in diffusion between components. Viscous dissipation (standard collision) and molecular diffusion (inter-molecular friction forces) phenomena are split, and both can be tuned distinctively. The main advantage of this strategy is optimizations of the collision and advanced collision operators are readily compatible. Adapting an existing code from single component to multiple miscible components is straightforward and required much less effort than the large modifications needed from previously available lattice Boltzmann models. Besides, there is no mixture approximation: each species has its own transport coefficients, which can be calculated from the kinetic theory of gases. In general, diffusion and convection are dealt with two separate mechanisms: one acting respectively on the species mass and the other acting on the mixture momentum. By employing an inter-molecular friction force, the diffusion and convection are coupled through the species momentum. Diffusion and convection mechanisms are closely related in several physical phenomena such as in the viscous fingering instability.A simulation of the viscous fingering instability is achieved by considering two species in different proportions in a porous medium: a less viscous mixture displacing a more viscous mixture. The core ingredients of the instability are the diffusion and the viscosity contrast between the components. Two strategies are investigated to mimic the effects of the porous medium. The gray lattice Boltzmann and Brinkman force models, although based on fundamentally different approaches, give in our case equivalent results. For early times, comparisons with linear stability analyses agree well with the growth rate calculated from the simulations. For intermediate times, the evolution of the mixing length can be divided into two stages dominated first by diffusion then by convection, as found in the literature. The whole physics of the viscous fingering is thus accurately simulated. Nevertheless, multi-component diffusion effects are usually not taken into account in the case of viscous fingering with three and more species. These effects are non-negligible as we showcase an initial stable configuration that becomes unstable. The reverse diffusion induces fingering whose impact depends on the diffusion between species

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Cao, Weijin. "Investigation of the applicability of the lattice Boltzmann method to free-surface hydrodynamic problems in marine engineering." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0011/document.

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Abstract:

La simulation numérique des écoulements à surface libre pour les applications du génie maritime est un problème qui présente de grands défis dans le domaine de la dynamique des fluides numérique (CFD). On propose dans cette thèse une solution, qui consiste à utiliser la méthode de Boltzmann sur réseau régularisée (RLBM) avec un modèle de surface libre basé sur le volume-de-fluide (VOF), et on étudie sa faisabilité et sa fiabilité. Les connaissances théoriques de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) sont présentées dans un premier temps, sur la base d'un développement polynomial d'Hermite et d'une analyse de Chapman-Enskog. De cette perspective, l’idée de la RLBM se résume comme étant la régularisation d'Hermite des fonctions de distribution. Dans les cas tests suivants du vortex de Taylor-Green et de la cavité entraînée, il est vérifié que la RLBM posse possède une précision de second ordre et une stabilité améliorée. On a alors ensuite implémenté le modèle de surface libre dans la RLBM. Sur la simulation d'une onde de gravité visqueuse stationnaire et d'un écoulement de dambreak, il est montré que la régularisation stabilise fortement le calcul en réduisant les oscillations de pression, ce qui est très bénéfique pour obtenir des écoulements à surface libre précis, et que la RLBM n'introduit pas non plus de dissipation numérique supplémentaire. De plus, une nouvelle méthode de reconstruction des fonctions de distribution à la surface libre est proposée. Le modèle proposé est ainsi plus consistent avec la RLBM, ce qui offre un moyen efficace pour simuler des écoulements à surface libre à un grand nombre de Reynolds en génie maritime The numerical simulation of the freesurface flows for marine engineering applications is a very challenging issue in the field of computational fluid dynamics (CFD). In this thesis, we propose a solution, which is to use the regularized lattice Boltzmann method (RLBM) with a volume-of-fluid (VOF) based single-phase free-surface lattice Boltzmann (LB) model, and we investigate its feasibility and its reliability. The theoretical insights of the lattice Boltzmann method (LBM) are given at first, through the Hermite expansion and the Chapman-Enskog analysis. From this perspective, the idea of the RLBM is summarized as the Hermite regularization of the distribution functions. On the test-cases of the Taylor-Green vortex and the lid-driven cavity flow, the RLBM is verified to have a 2nd-order accuracy and an improved stability. The adopted free-surface model is then implemented into the RLBM and validated through simulating a viscous standing wave and a dambreak flow problems. It is shown that the regularization not only strongly stabilizes the calculation by reducing spurious pressure oscillations, which is very beneficial for obtaining accurate free-surface motions, but also does not introduce any extra numerical dissipation. Furthermore, a new reconstruction method for the distribution functions at the free-surface is proposed. The present model is more consistent with the RLBM, which provides an effective way for simulating high-Reynoldsnumber free-surface flows in marine engineering

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Weitz, Sebastian. "Modélisation de marches aléatoires diffuses et thigmotactiques en milieu hétérogène à partir d'observations individuelles : Application à l'agrégation et à la construction dans les sociétés d'insectes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00692055.

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Les nids des insectes sociaux fascinent car, aussi complexes et structurés qu'ils puissent être, ils sont construits de façon auto-organisée par des insectes qui peuvent être de plusieurs ordres de grandeur plus petits que la structure. Nous abordons ici l'étude des mécanismes de comportement individuel impliqués dans ces processus de morphogenèse à travers l'exemple de l'agrégation de cadavres par une colonie de fourmis Messor Sancta. Nous proposons un modèle de marche aléatoire non réciproque faisant émerger un suivi des structures, appuyé sur des observations individuelles et dont nous étudions les propriétés statistiques. Nous modélisons également l'interaction entre les actes de construction et un écoulement d'air de faible vitesse comme un exemple des couplages écoulement-constructions supposés responsables de l'adaptation des nids aux conditions environnementales.

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Gisselbrecht, Matthieu. "Simulation des interactions hydrodynamiques entre inclusions dans un métal liquide : établissement de noyaux d’agrégation dans les conditions représentatives du procédé de flottation." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0073/document.

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Abstract:

La propreté inclusionnaire reste un enjeu majeur en élaboration des métaux par voie liquide. La flottation, principal procédé retenu en métallurgie secondaire pour éliminer les particules d’inclusions, consiste à injecter des bulles de gaz au sein du réacteur. Lors de leur ascension, les bulles vont capter les plus grosses inclusions et favoriser la collision et l’agrégation des particules. Dans le but de quantifier les phénomènes influents à l’échelle des inclusions sur la dynamique d’agrégation entre deux inclusions à proximité des bulles, un modèle numérique 3D a été développé. L’écoulement local est modélisé par un cisaillement plan permanent et résolu par une méthode de Boltzmann sur réseau. Le couplage entre les particules et le fluide a été assuré par une méthode de frontière immergée permettant de calculer la perturbation hydrodynamique engendrée par la présence des particules et de mettre à jour les interactions entre particules pour leur suivi lagrangien. Les simulations numériques réalisées ont mis en évidence que les effets hydrodynamiques ont une influence non négligeable sur le comportement des inclusions. Des sections efficaces de collision ont pu être extraites, à partir desquelles ont été calculés des noyaux d’agrégation, données macroscopiques rendant compte des effets à petite échelle. Une première application de ce travail a été menée avec le calcul des fréquences d’agrégation d’un train de bulle dans un réacteur canal à partir de résultats de simulations DNS. Les noyaux d’agrégation ont également été exploités en vue de déterminer, à partir de résultats RANS de l’hydrodynamique d’une poche d’acier, l’évolution de la concentration d’inclusions par un bilan de population global Inclusion cleanliness remains a major challenge faced in process metallurgy in liquid phase. Flotation, the main process used in secondary metallurgy to remove inclusions, consists in injecting gas bubbles into the reactor. Rising gas bubbles entrap the biggest inclusions at their surface or in their wake. Besides, they promote collision and aggregation among particles. A 3D numerical model has been developed in order to quantify the roles of the prevailing phenomena on aggregation dynamics between inclusions in the vicinity of bubbles. At inclusion (mesoscopic) scale, the turbulent flow is locally modeled by a steady plane shear flow which is solved using a lattice-Boltzmann method. The coupling between both liquid and solid phases is ensured using an immersed boundary method. This method resolves the hydrodynamic perturbation induced by particles, and hence their interactions that are, in turn, used to update their Lagrangian tracking. The conducted numerical simulations bring out the influence of hydrodynamic effects on inclusion behavior. Collision cross sections have been determined from which ensuing aggregation kernels have been calculated. Such cross sections could provide macroscopic models to represent local particle dynamics. A first application of these results is presented to calculate aggregation frequencies in bubble swarms in a channel flow reactor that was simulated using DNS. Additionally, evolution of inclusion populations in molten steel has been determined from RANS simulation of a liquid steel ladle by means of a global population balance implementing the aggregation kernels determined in the present work

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Mercier, Philippe. "Modélisation de la turbulence engendrée par la morphologie du fond dans le Raz Blanchard : approche locale avec la LBM-LES." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC206/document.

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Abstract:

Le développement des énergies renouvelables passe par l’exploitation de nouvelles sources d’énergie. La filière hydrolienne, dédiée à la récupération de l’énergie des courants de marée, est proche de l’industrialisation. Cependant, les conditions hydrodynamiques turbulentes des sites hydroliens sont encore mal connues. Cette thèse propose d’examiner à l’échelle locale l’effet des rugosités du fond marin sur la génération de tourbillons hautement énergétiques par la simulation numérique en mécanique des fluides de type méthode de Boltzmann sur réseau. Cette méthode est particulièrement adaptée à la simulation d’écoulements instationnaires sur un domaine de simulation complexe. Dans un premier temps, les phénomènes physiques de détachements tourbillonnaires sur des macro-rugosités canoniques sont décrits. L’appariement de structures tourbillonnaires est mis en évidence dans le processus de formation de tourbillons hautement énergétiques. Dans un deuxième temps, la simulation permet d’observer de tels phénomènes dans le cas d’écoulements environnementaux intégrant une bathymétrie réelle. Ces simulations, validées par rapport à des mesures in situ, mènent à une meilleure compréhension des effets du fond marin sur la turbulence en milieu hydrolien. En particulier, l’importance des failles géologiques dans la génération de turbulence dans la zone d’étude est mise en évidence Renewable energy development calls for exploitation of new energy resources. Tidal stream power harvesting is now close to the industrialisation step. Still, turbulent hydrodynamic conditions at tidal sites are not well understood. This thesis aims to investigate the local scale effect of sea bottom roughnesses on energetic vortex generation with computational fluid simulations using the lattice Boltzmann method. This method is highly indicated for unsteady flow simulations of complex domains. First, the physical phenomena involved in vortex emission around canonical macroroughnesses are described. Vortex merging is identified in the generation process of energetic vortices. Then, such physical events are reproduced in the case of environmental flow simulations using a real seabed morphology. These simulations are validated on in situ measured data, and lead to a better understanding of the sea bottom effect on tidal stream site turbulence. They demonstrate the role of geological faults on the local turbulence

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Asta, Adelchi Jacques. "Listening to the electrical noise for nanoﬂuidic sensing". Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS444.

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Abstract:

Le passage de la microfluidique, qui est aujourd'hui un domaine bien établi, à la nanofluidique nécessite le développement de techniques numériques. En utilisant la méthode de Lattice Boltzmann sur réseau électrocinétique (LBE), nous pouvons coupler l'équation de Navier-Stokes avec la théorie de Poisson-Nernst Planck et ainsi étudier les fluides confinés et chargés à l'échelle nanométrique. Les électrochimistes ont commencé à utiliser les fluctuations électriques qui en découlent pour extraire des informations sur les phénomènes interfaciaux et donc sur les processus microscopiques sous-jacents (par exemple: la détection de molécules uniques ou l’adsorption/désorption). Ceci nécessite de pouvoir modéliser des nanocondensateurs avec une différence de potentiel constante entre les deux électrodes, ce qui est la principale nouveauté ajoutée à l'algorithme LBE. Enfin, en couplant cette méthode à la méthode de propagation des moments, nous avons été en mesure de fournir un outil de calcul efficace, capable d'analyser les effets hydrodynamiques, électrocinétiques, d'adsorption/désorption et de taille finie dans des fluides confinés à l'échelle nanométrique, pour des géométries arbitraires, en régime linéaire et non linéaire, ainsi que dans les régimes transitoires et stationnaires. Dans le contexte du bruit électrique, la réponse temporelle de la charge à une perturbation de tension peut être liée à l'impédance et donc aux fluctuations électriques. A l'avenir, nous pourrons également étudier la réponse électrocinétique liée à la réponse de corrélation croisée entre la masse et les courants électriques Moving from microfluidics, which is now a well-established field, to nanofluidics requires the development of computational tools. Using the Lattice Boltzmann Electrokinetics (LBE) method, we can couple the Navier-Stokes equation with the Poisson-Nernst Planck theory and thus study charged confined fluids at the nanoscale. Electrochemists have begun to use the electrical fluctuations arising from them to extract information on the interfacial phenomena and thus the underlying microscopic processes (e.g. single molecule detection, adsorption/desorption). This requires to be able to model nanocapacitors with a constant potential difference between the two electrodes, which was the main novelty added to the LBE algorithm. Finally by coupling this method with the moment propagation method, we have been able to provide an efficient computational tool capable to analyse, hydrodynamic, electrokinetic, adsorption/desorption and finite size effects in fluids confined at the nanoscale, for arbitrary geometries, in both linear and non-linear regimes, as well as in the transient and steady state regimes. Within the context of electrical noise, the temporal charge response to a voltage perturbation can be linked to the impedance and thus to the electrical fluctuations. In the future we will also be able to study the electrokinetic response related to the cross correlation response between mass and electric currents

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Zhang, Yue. "Hemodynamic investigation and thrombosis modeling of intracranial aneurysms." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0081/document.

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Abstract:

La sélection de variables est une tâche primordiale en fouille de données et apprentissage automatique. Il s’agit d’une problématique très bien connue par les deux communautés dans les contextes, supervisé et non-supervisé. Le contexte semi-supervisé est relativement récent et les travaux sont embryonnaires. Récemment, l’apprentissage automatique a bien été développé à partir des données partiellement labélisées. La sélection de variables est donc devenue plus importante dans le contexte semi-supervisé et plus adaptée aux applications réelles, où l’étiquetage des données est devenu plus couteux et difficile à obtenir. Dans cette thèse, nous présentons une étude centrée sur l’état de l’art du domaine de la sélection de variable en s’appuyant sur les méthodes qui opèrent en mode semi-supervisé par rapport à celles des deux contextes, supervisé et non-supervisé. Il s’agit de montrer le bon compromis entre la structure géométrique de la partie non labélisée des données et l’information supervisée de leur partie labélisée. Nous nous sommes particulièrement intéressés au «small labeled-sample problem» où l’écart est très important entre les deux parties qui constituent les données Feature selection is an important task in data mining and machine learning processes. This task is well known in both supervised and unsupervised contexts. The semi-supervised feature selection is still under development and far from being mature. In general, machine learning has been well developed in order to deal with partially-labeled data. Thus, feature selection has obtained special importance in the semi-supervised context. It became more adapted with the real world applications where labeling process is costly to obtain. In this thesis, we present a literature review on semi-supervised feature selection, with regard to supervised and unsupervised contexts. The goal is to show the importance of compromising between the structure from unlabeled part of data, and the background information from their labeled part. In particular, we are interested in the so-called «small labeled-sample problem» where the difference between both data parts is very important

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Fiorentino, Eve-Agnès. "Phénomènes électrocinétiques et transport multiphasique en milieux poreux." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAH008/document.

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Abstract:

Le coefficient d'électrofiltration est simulé par méthode Lattice Boltzmann dans un chenal 2-D sur une grande gamme de salinité. L'influence de la permittivité et de la viscosité est discutée. La validité de l'équation d'Helmholtz Smoluchowski à de forts potentiels zeta est évaluée. Un modèle de conductivité intrinsèque est développé en prenant en compte les variations locales de conductivité, qui ont un impact significatif en la présence d'espèces polyvalentes. Étendu aux conditions non saturées, l'algorithme montre que la densité de charge électrique associée à l'interface eau-air est une composante clé. Le coefficient présente une attitude non monotone, avec une augmentation par rapport à l'état saturé. L'amplitude de cette augmentation dépend de l'état dynamique des bulles, mobiles ou piégées. L'aspect transport multiphasique est complété par une étude numérique de l'impact de la forme des échantillons sur la mesure des lois reliant saturation et pression capillaire en hydrologie The electrokinetic coefficient is simulated in a large range of salinities using the Lattice Boltzmann method in a 2-D channel. The effect of permittivity and viscosity is discussed. The validity of the Helmholtz Smoluchowski equation using strong zeta potentials is assessed. A model of bulk fluid conductivity is derived, taking into account the local variations of conductivity which have a significant impact in the presence of polyvalent counterions. Extended to unsaturated conditions, the model shows that the electrical charge density associated to the air-water interface is a key component. The coefficient shows a non monotonous behaviour, with an enhancement compared to the saturated state. The magnitude of this enhancement depends on the dynamic state of the bubbles, moving or entrapped. The multiphase transport aspect is associated to a numerical study of the influence of the sample geometry on the measurement of the capillary pressure / saturation relationships used in hydrology

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Pestana, Miguel. "Impact of a heterogeneous stator on the rotor-stator interaction-noise : an analytical, experimental and numerical investigation." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC003.

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Abstract:

La présente étude vise à quantifier par une modélisation analytique, des essais et des simulations numériques, l’impact des aubes de stator hétérogènes sur le bruit d’interaction rotor-stator dans les turbomachines axiales. Le travail développé s’appuie sur des premières observations sur un ventilateur axial à basse vitesse à l’École Centrale de Lyon, l’étage LP3. Il a été observé que les deux premières fréquences de passage des pales rayonnaient à des niveaux élevés alors qu’elles devaient être coupées par le conduit selon le critère de Tyler & Sofrin. Une campagne expérimentale est alors réalisée sur la configuration de ventilateur hétérogène qui permet la caractérisation des contenus spectral et modal. Afin de s’assurer qu’aucune distorsion d’entrée d’air n’est présente, un écran pour le contrôle de la turbulence est utilisé. Des techniques de décomposition modale sont utilisées sur des antennes pseudo-aléatoires afin d’obtenir les modes acoustiques prédominants. Les résultats montrent un fort rayonnement acoustique des deux premières fréquences de passage des pales et mettent en évidence des modes dominants. La même expérience est ensuite simulée numériquement en utilisant la méthode de Boltzmann sur réseau. La comparaison entre un stator homogène et hétérogène permet de quantifier directement l’impact de l’hétérogénéité. L’hétérogénéité est alors responsable d’une augmentation du niveau tonal de plus de 10 dB aux deux premières FPP. Le contenu modal mesuré sur la configuration hétérogène est bien retrouvé par les simulations numériques. En outre, l’analyse de l’écoulement dans l’espacement inter-rotor-stator a permis de mettre en évidence l’impact de l’hétérogénéité sur le champ potentiel. Finalement, la modélisation analytique est axée sur deux sources dominantes : le bruit d’interaction de sillage et le bruit d’interaction potentielle. Les résultats montrent une contribution mineure du bruit d’interaction potentielle comparé au bruit d’interaction de sillage. Les mêmes modes dominants sont retrouvés dans certaines directions de propagation en accord avec ce qui est observé expérimentalement. En dernier lieu, une étude d’optimisation de la position des bras support est présentée. Une des configurations optimale montrant une forte atténuation du niveau de bruit tonal est validée numériquement par des simulations numériques. Les résultats montrent que l’optimisation du positionnement angulaire des aubes hétérogènes permet d’obtenir une réduction significative des niveaux aux deux premières FPP. L’étude des différentes composantes (analytique, expérimentale et numérique) fourni ainsi une meilleure compréhension des mécanismes de bruit modifiés par l’hétérogénéité du stator The present study aims to quantify by means of an analytical modelling, experiments and numerical simulations, the impact of heterogeneous stator vanes on rotor-stator noise in axial turbomachines. This study starts from the first observations on an axial low-speed fan at École Centrale de Lyon, the LP3 stage. It has been observed that the first two blade passing frequencies were radiating at high levels while they were expected to be cut-off by the duct according to Tyler & Sofrin’s criterion. An experiment is then carried out with the heterogeneous fan configuration which makes it possible to characterize the spectral and modal contents. To ensure that no inflow distortion is present at the inlet, a turbulence control screen is used. Modal decomposition techniques are used on pseudo-random antennas to obtain the predominant acoustic modes. The results showed a strong acoustic radiation of the first two BPFs and evidenced some dominant modes. The same experiment is then simulated numerically using the lattice Boltzmann method. The comparison between a homogeneous and heterogeneous stator allows quantifying directly the impact of the heterogeneity. The heterogeneity is responsible for a level increase of more than 10 dB at the first two BPFs. The modal content from the numerical simulations on the heterogeneous configuration is also in good agreement with the experiment. In addition, the analysis of the flow in the inter-stage made it possible to highlight the impact of the heterogeneity on the potential field. Finally, the analytical modelling is focused on two dominant sources: the wake and potential interaction noise. The results put in evidence a minor contribution of the potential interaction noise compared to wake interaction noise. The same dominant modes are found in certain propagation directions in accordance with what is measured in the experiment. Finally, an optimization of the heterogeneous vanes angular position is carried out. One of the optimal configurations showing a great noise attenuation is numerically validated by the LBM. The numerical results show that the optimization of the azimuthal positioning of the heterogeneous vanes makes it possible to obtain a significant reduction of the levels at the first two BPFs. The comparison of all the study dimensions (analytical, experimental and numerical) allows achieving a better understanding of the noise mechanisms modification caused by the heterogeneity of the stator

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Katranji, Mehdi. "Apprentissage profond de la mobilité des personnes." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA024.

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Abstract:

La connaissance de la mobilité est un enjeu majeur pour les autorités organisatrices de mobilité et l'aménagement urbain. En raison du manque de définition formelle de la mobilité humaine, l'expression "mobilité des personnes" sera utilisée dans cette ouvrage. Ce sujet sera introduit par une description de l'écosystème en considérant ces acteurs et ces applications.La création d'un modèle d'apprentissage a des prérequis: la compréhension des typologies des ensembles de données disponibles, leurs forces et leurs faiblesses. Cet état de l'art de la connaissance de la mobilité passe par le modèle à quatre étapes qui existe et est utilisé depuis 1970 pour finir sur le renouvellement des méthodologies de ces dernières années.Nos modélisations de la mobilité des personnes sont ensuite présentées. Leur point commun est la mise en avant de l'individu contrairement aux approches classiques qui prennent comme référence la localité. Les modèles que nous proposons s'appuient sur le fait que la prise de décision des individus se fait selon leur perception de l'environnement.Cet ouvrage fini sur l'étude des méthodes d'apprentissage profond des machines de Boltzmann restreintes. Après un état de l'art de cette famille de modèles, nous recherchons des stratégies pour rendre ces modèles viables dans le monde applicatif. Ce dernier chapitre est notre contribution théorique principale, par l'amélioration de la robustesse et la performance de ces modèles Knowledge of mobility is a major challenge for authorities mobility organisers and urban planning. Due to the lack of formal definition of human mobility, the term "people's mobility" will be used in this book. This topic will be introduced by a description of the ecosystem by considering these actors and applications.The creation of a learning model has prerequisites: an understanding of the typologies of the available data sets, their strengths and weaknesses. This state of the art in mobility knowledge is based on the four-step model that has existed and been used since 1970, ending with the renewal of the methodologies of recent years.Our models of people's mobility are then presented. Their common point is the emphasis on the individual, unlike traditional approaches that take the locality as a reference. The models we propose are based on the fact that the intake of individuals' decisions is based on their perception of the environment.This finished book on the study of the deep learning methods of Boltzmann machines restricted. After a state of the art of this family of models, we are looking for strategies to make these models viable in the application world. This last chapter is our contribution main theoretical, by improving robustness and performance of these models

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Yehya, Alissar. "Contribution to the experimental and numerical characterization of phase-change materials : consideration of convection, supercooling, and soluble impurities." Thesis, Artois, 2015. http://www.theses.fr/2015ARTO0207/document.

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Abstract:

Au cours des deux dernières décennies, le contexte économique a changé de manière significative en raison de la hausse des prix de l'énergie. Le bâtiment étant devenu le principal secteur consommateur d'énergie, la réduction de celle-ci est devenue un objectif économique, sociétal et environnemental. Ce sujet mobilise de nombreux travaux de recherche. Les Matériaux à Changement de Phase (MCP) représentent une solution innovante qui pourrait contribuer à améliorer la performance énergétique des bâtiments. Ils sont principalement utilisés pour la régulation de température, et leur forte capacité de stockage est un moyen de réduire la consommation d'énergie. Notre étude vise à caractériser, via une approche expérimentale et numérique, le comportement d'un PCM (l’Octadécane). Pour cela, nous avons développé et mis en œuvre un modèle numérique qui corrobore les résultats expérimentaux, et ainsi améliore la prédiction de la performance du MCP considéré.Dans ce travail, notre principale préoccupation est de mettre en évidence les erreurs ou simplifications présentes dans le modèle numérique traditionnel pouvant entraîner un écart global par rapport au comportement réel du MCP. Ces différences conduisent à une estimation erronée des temps de fusion et de la quantité d'énergie stockée. L'amélioration significative de notre modèle est la prise en compte de la convection naturelle, de la surfusion, et l'utilisation des courbes réelles d'enthalpie du MCP considéré. La relation température-enthalpie réelle tient compte de la présence d'une fraction d'impuretés solubles dans le matériau. L’originalité de ce travail est de traiter ces phénomènes physiques via la méthode de Boltzmann réseau (connue sous l'acronyme LBM) avec des fonctions de distribution doubles couplée à une formulation enthalpique. Une telle approche permet de passer outre la non-linéarité des équations régissant l'écoulement et le transfert de chaleur. Sa simplicité de mise en œuvre et son caractère local permettent d'affiner le modèle. Ainsi, on peut couvrir les problèmes de changement de phase, y compris ceux pouvant avoir lieu dans des matrices poreuses ou fibreuses. Ce dernier point a été couvert dans cette thèse.Enfin, il s'est avéré que l'approche numérique adoptée ici pour traiter les problèmes de changement de phase corrobore à la fois nos résultats expérimentaux et ceux disponibles dans la littérature Over the past two decades, the economic context has changed significantly due to the rise in energy prices. The building sector has become the main consumer of energy. Thereby, reducing the latter is now an economic, societal and environmental necessity. Accordingly, this topic mobilizes many researches. Phase Change Materials (PCMs) represent an innovative solution, which could improve buildings' energy performance. They are primarily used for temperature regulation, and their high storage capacity can reduce energy consumption.Our study aims at characterizing, via a complementary approach of experimental and numerical simulation, the behavior of a PCM (n-Octadecane). For this, we have developed and implemented a numerical model that corroborates the experimental results, and hence improves the prediction of the PCM performance.In this work, our main concern is to highlight the common errors or simplifications taken in the traditional numerical model, which can result in an overall discrepancy compared to the actual behavior of PCMs. Those discrepancies lead to wrong estimation of the fusion times and amount of energy stored. The major improvement of our model is the consideration of the natural convection, the supercooling, and the use of real enthalpy curves of the considered PCM. The actual temperature-enthalpy relationship takes into account the presence of a fraction of soluble impurities in the material. The originality of this work is to handle these physical phenomena via a lattice Boltzmann method (known by the acronym LBM), which leans on double distribution functions and coupled with the enthalpy formulation. Such an approach overcomes the non-linearity in the governing equations of fluid flow and heat transfer. Its simplicity and local character allow adding complexity to the model. Thereby, one can cover up the phase change problems, including those, which may occur in heterogeneous matrices. This last point has been also covered in this thesis.Finally, it turned out that the approach implemented here for phase change problems supports both, our experimental results and those available in the literature

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Obrecht, Christian. "High performance lattice Boltzmann solvers on massively parallel architectures with applications to building aeraulics." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00776986.

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Abstract:

With the advent of low-energy buildings, the need for accurate building performance simulations has significantly increased. However, for the time being, the thermo-aeraulic effects are often taken into account through simplified or even empirical models, which fail to provide the expected accuracy. Resorting to computational fluid dynamics seems therefore unavoidable, but the required computational effort is in general prohibitive. The joint use of innovative approaches such as the lattice Boltzmann method (LBM) and massively parallel computing devices such as graphics processing units (GPUs) could help to overcome these limits. The present research work is devoted to explore the potential of such a strategy. The lattice Boltzmann method, which is based on a discretised version of the Boltzmann equation, is an explicit approach offering numerous attractive features: accuracy, stability, ability to handle complex geometries, etc. It is therefore an interesting alternative to the direct solving of the Navier-Stokes equations using classic numerical analysis. From an algorithmic standpoint, the LBM is well-suited for parallel implementations. The use of graphics processors to perform general purpose computations is increasingly widespread in high performance computing. These massively parallel circuits provide up to now unrivalled performance at a rather moderate cost. Yet, due to numerous hardware induced constraints, GPU programming is quite complex and the possible benefits in performance depend strongly on the algorithmic nature of the targeted application. For LBM, GPU implementations currently provide performance two orders of magnitude higher than a weakly optimised sequential CPU implementation. The present thesis consists of a collection of nine articles published in international journals and proceedings of international conferences (the last one being under review). These contributions address the issues related to single-GPU implementations of the LBM and the optimisation of memory accesses, as well as multi-GPU implementations and the modelling of inter-GPU and internode communication. In addition, we outline several extensions to the LBM, which appear essential to perform actual building thermo-aeraulic simulations. The test cases we used to validate our codes account for the strong potential of GPU LBM solvers in practice.

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Arab, Mohamed Raed. "Reconstruction stochastique 3D d'un matériau céramique poreux à partir d'images expérimentales et évaluation de sa conductivité thermique et de sa perméabilité." Phd thesis, Université de Limoges, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00514461.

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La reconstruction tridimensionnelle d'un échantillon représentatif d'un matériau céramique biphasique à partir d'une image de structure bidimensionnelle est proposée. L'algorithme préconisé est de nature stochastique fondé sur une minimisation par recuit simulé. La méthode statistique de Boltzmann sur réseau est présentée pour simuler les phénomènes de transport de matière afin d'estimer la perméabilité de l'échantillon reconstruit par un modèle BR D3Q19. La conductivité thermique « effective » du même domaine 3D est évaluée par la méthode des différences finies dans un schéma Dufort-Frankel. Les exemples étudiés montrent l'aptitude de l'outil de la reconstruction associé aux outils de simulations des phénomènes de transport de chaleur et de masse à synthétiser numériquement un matériau hétérogène ou poreux et à déterminer ses paramètres physiques.

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Feuilloley, Laurent. "Local certification in distributed computing : error-sensitivity, uniformity, redundancy, and interactivity." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC086/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la notion de certification locale, un sujet central en décision distribuée, un domaine du calcul distribué. Le mécanisme de la décision distribuée consiste, pour les nœuds d'un réseau, à décider de manière distribuée si le réseau est dans une configuration correcte ou non, selon un certain prédicat. Cette décision est dite locale, car les nœuds du réseau ne peuvent communiquer qu'avec leurs voisins. Après avoir communiqué, chaque nœud prend une décision, exprimant si le réseau est correct ou non localement, c'est-à-dire correct étant donné l'information partielle récoltée jusque-là. Le réseau est déclaré correct globalement s'il est déclaré correct localement par tous les nœuds.Du fait de la contrainte de localité, peu de prédicats peuvent être vérifiés de cette manière. La certification locale est un moyen de contourner cette difficulté, et permet de décider tous les prédicats. C'est un mécanisme qui consiste à étiqueter les nœuds du réseau avec ce que l'on appelle des certificats, qui peuvent être vérifiés localement par un algorithme distribué. Un schéma de certification locale est correct si seuls les réseaux dans une configuration correcte peuvent être certifiés. L'idée de la certification locale est non seulement séduisante d'un point de vue théorique, comme une forme de non-déterminisme distribué, mais c'est surtout un concept très utile pour l'étude des algorithmes tolérants aux pannes, où une étape-clé consiste à vérifier l'état du réseau en se basant sur des informations stockées par les nœuds.Cette thèse porte sur quatre aspects de la certification locale : la sensibilité aux erreurs, l'uniformité, la redondance et l'interactivité. L'étude de ces quatre sujets est motivée par une question essentielle : comment réduire les ressources nécessaires à la certification et/ou permettre une meilleure tolérance aux pannes? Pour aborder cette question, il est nécessaire de comprendre le mécanisme de certification en profondeur. Dans cette optique, dans cette thèse, nous apportons des réponses aux questions suivantes. À quel point les certificats doivent-ils être redondants, pour assurer une certification correcte? Les schémas de certification classiques sont-ils robustes à un changement de la condition de correction? Le fait d'introduire de l'interactivité dans le processus change-t-il la complexité de la certification? This dissertation is about local certification, a central topic in distributed decision, a subfield of distributed computing. The distributed decision mechanism consists, for the nodes of a network, in deciding in a distributed manner whether the network is in a proper configuration or not, with respect to some fixed predicate. This decision is said to be local because the nodes of the network can communicate only with their neighbours. After communication, every node outputs a decision, stating whether the network is locally correct, that is, correct given the partial information gathered so far by this node. The network is declared to be globally correct, if and only if, it is declared to be locally correct by every node.Most predicates cannot be verified by this type of computation, due to the locality constraint. Local certification is a mechanism that enables to circumvent this difficulty, and to check any property. It consists in providing the nodes of the network with labels, called certificates, that can be verified locally by a distributed algorithm. A local certification scheme is correct if only the networks that satisfy the predicate can be certified. In addition to its theoretical appeal, as a form of distributed non-determinism, the concept of local certification is especially relevant in the study of fault-tolerant distributed algorithms, where a key step consists in checking the status of the network, based on information stored at the nodes.This dissertation deals with four aspects of local certification: error-sensitivity, uniformity, redundancy, and interactivity. The study of these four topics is motivated by the same essential question: How to reduce the resources needed for certification, and/or ensure a better fault-tolerance? In order to tackle this question we have to understand fundamental properties of certification. In particular, in this dissertation we answer questions such as: How redundant the certificates need to be for a proper certification? Are the classic certification protocols robust to a strengthening of the acceptance condition? and, How does introducing interactivity in the process changes the complexity of certification?

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Ducasse, Marie laure. "Mélange d'un scalaire dans un jet turbulent : influence d'un obstacle." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4094/document.

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Abstract:

Cette étude s'intéresse aux risques associés à la formation d'une ATmosphère EXplosive (ATEX) née d'une fuite d'hydrogène et de sa dispersion dans l'air ambiant. La fuite a été modélisée par un jet turbulent à densité variable libre, impactant sur une sphère de diamètre 20mm ou sur une plaque plane. Dans un premier temps, les champs de vitesses et de concentration ont été obtenus expérimentalement en proche sortie grâce à des mesures de Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) et de Fluorescence Induite par Plan Laser sur l'acétone (PLIF). La turbulence et le mélange ont été caractérisés pour le cas d'un jet libre ou en présence d'un obstacle. A partir de ces mesures, la structure générale de l'écoulement a été étudiée à partir des champs moyens et fluctuants par comparaison avec les données de la bibliographie. Puis, les données issues des fluctuations ont été analysées statistiquement par l'étude des fonctions de densité de probabilité du scalaire. Ces travaux se sont poursuivis avec la mise en relation des résultats expérimentaux avec ceux obtenues par des simulations numériques DNS (Direct Numerical Simulation) utilisant la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM) d'un scalaire passif dans un jet d'air. Cette étude a permis de recueillir et d'analyser des données supplémentaires sur le mélange d'un jet à masse volumique variable libre ou impactant. Ces données sont directement applicables à la maitrise des risques liés aux fuites d'hydrogène This study examines the risks associated with the formation of an explosive atmosphere from a hydrogen leak and its dispersion into the air. We considered the leak as a turbulent jet with density variable, free and impinging a $20,mm$ diameter sphere or a flat plate. Firstly, velocity and scalar fields have been measured experimentally in the near field through Particle Image Velocimetry (PIV) and acetone Planar Laser Induced Fluorescence (LIF). Turbulence and mixing have been defined in the case of free jet and impinging jet. From this measurements, the flow structure has been presented from the mean and fluctuating flow measurements by comparison with literature data. Next, the fluctuation scalar fields are studied with the probability density function method. Finally, a comparison has been conducted between the experiments and direct numerical simulation (DNS) of turbulence based on the lattice Boltzmann method (LBM) for passive scalar in air jet. This study is gathering and analyzing data on the mixing of jet with density variable, free and impinging jet. Such data is directly useful to identify and control risks incurred due to hydrogen leak

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Dissertations / Theses on the topic 'Schéma de Boltzmann sur réseau'

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