Measured displacement coefficients of an adjustable hydrodynamic journal rotor bearing

In simulating a proposed machine tool grinding wheel design, a bearing system comprised a stationary spindle or shaft with fluid film bearings supporting a belt driven rotor. Two hydrodynamic bearings acted in parallel, and built into the shaft were the means to effect continuous pro-active adjustments to their performance characteristics during operation, irrespective of load, speed and other running conditions. The design is outlined, as is a specially constructed test rig for evaluating it. A method for determining the combined displacement coefficients is given which used an incremental load technique with dedicated axis system selection. Observations are given on the bearings’ performance characteristics. The effects of the adjustments on rotor eccentricity are shown, along with the ability to maintain a given rotor eccentricity, including zero, irrespective of load and changes in load. Results of measured rotor displacements and displacement coefficients are also given showing that the bearing exhibited high stiffness at zero load and eccentricity, and that stiffness could be changed by adjustment if required, thereby “tuning” the system rotordynamics behaviour. Comparisons are made with results of others’ work on the measured displacement coefficients of a conventional type of tilting pad bearing. An approach to uncertainty estimation of measured data is included

Hydrodynamique et mécanique des fluides

Qu’il s’agisse du milliard de km3 de l’océan, du million de km3 dans le sous-sol ou des milliers de km3 dans les rivières, canaux ou canalisations, l’eau est en perpétuel mouvement. L’hydrodynamique étudie ces mouvements des échelles les plus grandes jusqu’à celles permet- tant encore de décrire la matière de manière continue (c'est à-dire pour des échelles encore très largement supérieures à la taille des molécules)

Stabilité des solitons de l'équation de Landau-Lifshitz à anisotropie planaire

Séminaire Laurent Schwartz - EDP et applicationsCet exposé présente plusieurs résultats récents quant à la stabilité des solitons sombres de l'équation de Landau-Lifshitz à anisotropie planaire, en particulier, quant à la stabilité orbitale des trains (bien préparés) de solitons gris et à la stabilité asymptotique de ces mêmes solitons

Génératrice à aimants permanents à flux axial à grand diamètre avec entrefer immergé

Cette étude propose une méthode de modélisation et de conception adaptée aux machines à flux axial et à Double Stator (poly-entrefer) destinée à être intégrée comme génératrice pour une hydrolienne RIM-DRIVEN de grande puissance. La particularité du concept RIM-DRIVEN ou à entrainement circonférentiel réside dans le fait que la machine électrique se situe sur la périphérie de l’hélice. De plus, dans cette étude, l’entrefer de la machine est considéré immergé dans l’eau de mer. Les particularités du système imposent de mettre au point des modèles de dimensionnement adaptés. Ainsi, un modèle électromagnétique analytique 2D inversé permettant le calcul des dimensions géométriques principales est présenté. De même, un modèle thermique spécifique aux machines à entrefer immergé est décrit. Ces modèles permettent d’estimer la masse et le coût des parties actives. Cette machine à flux axial est comparée en termes de coûts matières, masses et comportement thermique avec une machine à flux radial à aimants permanents dimensionnée pour un même cahier des charges. Il en ressort clairement que la machine à flux axial double stator est thermiquement moins contrainte que les machines à simple stator

Fonctionnement hydrodynamique et écologique du Lac Nord de Tunis par modélisation numérique

Le Lac Nord de Tunis, dont la superficie est d’environ 24 km2 et la profondeur moyenne de 1,5 m, est lié à la mer par des écluses à marée appelées « Écluses de Khéréddine ». Nous avons étudié le fonctionnement hydrodynamique actuel de ce lac en utilisant un modèle bidimensionnel, intégré sur la hauteur d’eau. Le logiciel utilisé («Surfacewater Modeling System» ou SMS) ne simule pas le fonctionnement des écluses qui s’ouvrent et se ferment automatiquement en fonction du niveau de la marée en mer, comme c’est le cas dans le lac de Tunis. Pour cela, nous avons modifié son code source pour tenir compte du fonctionnement réel des écluses.Les paramètres du modèle sont calibrés en utilisant des mesures hydrauliques récentes, réalisées en décembre 2005. Le modèle a ensuite été utilisé pour simuler le fonctionnement hydrodynamique moyen actuel du lac. Les résultats de ces simulations montrent un bon fonctionnement hydraulique du lac : absence de zones de stagnation et renouvellement fréquent des eaux ne dépassant pas 21 jours.L’étape suivante a consisté en la mise au point d’un modèle écologique par zone (en divisant le lac en cinq zones supposées homogènes) couplé avec le modèle hydrodynamique. Il est basé sur les équations utilisées par HALCROW (en 1990) et calibré sur des mesures de l’année 2002. Ce modèle traite l’évolution des variables suivantes : la salinité, l’oxygène dissous, la chlorophylle a, les biomasses des macroalgues, du phytoplancton et du zooplancton, ainsi que les nutriments dans le compartiment détritique, dans la colonne d’eau et dans les sédiments.Les premiers résultats du modèle écologique sont encourageants. Cependant, des mesures complémentaires (des macroalgues, du phytoplancton et du zooplancton dans le lac, de l’azote et du phosphore dans les sédiments de surface) permettraient d’améliorer le calage et les résultats du modèle écologique.This work deals with the modelling of the hydrodynamic and ecological functioning of the Tunis North Lake. The Tunis North Lake is situated north-east of Tunisia, its surface is about 24 km2 and the average depth is 1.5 m. The lake is connected to the Gulf of Tunis by the Khereddine channel through ten sluices functioning under tide’s effect. In fact, five of these sluices are opened on flood tide and the others on ebb tide. These sluices were built with a separation dam, in the centre of the lake, during the period between 1985 and 1988, in order to improve the water circulation and the quality of the lake.We then studied the actual hydrodynamic functioning of the lake by using a 2D vertical-integrated model. The numerical software used is the «Surfacewater Modeling System» (SMS). The initial code, SMS, does not simulate the change of the boundary conditions through the time of simulation, as it really occurs on the Khereddine sluices, which open in an automatic way according to the tide: high tide (opened northern sluices and closed southern sluices) and low tide (closed northern sluices and opened southern sluices). Therefore, first of all, we modified the source code of software «SMS» to take into account this specification of the Tunis North Lake.After these modifications, we carried out the calibration of the model by basing outselves on recent hydraulic measurements performed in December 2005. The model’s calibration enabled us to simulate the average hydrodynamic functioning of the lake, by imposing average boundary conditions: An average tide of marling 20 cm at the Khereddine sluices and a constant flow on the power electric station of La Goulette. The results of these simulations showed «a correct» functioning of the Tunis North Lake through an exchanged flow with the sea of 66 m3/s, an exchanged daily volume of 1.65 Mm3/day, a velocity field that scanned all the surface of the lake and an average residence time of water in the lake of approximately 21 days which can reach 16 days with maximal tide and western wind of intensity 6 m/s.The following stage consisted in the development of a zonal ecological model taking into account specificities of the lake and the data which are available. This model was coupled with the hydrodynamic model that is presented in the preceding stage, in particular with regard to the exchanges between the zones (or sea) defined in the ecological model. The ecological model computes the evolution of the biomasses of the macroalgae, phytoplankton and zooplankton as well as nutrients in detritus, water column and sediments, the salinity, the dissolved oxygen and the chlorophyll-a concentrations. In this model, the growth of phytoplankton and macroalgae depends on the water temperature, light intensity and nutrient. Competition between phytoplankton and macroalgae for nutriments is simulated. The computation was carried out in two steps. The first step consists in the preliminary calibration of the model on the basis of measurements of water quality performed during the year 2002 and the parameter update used by HALCROW (Sir William Halcrow & Partners Ltd) (in 1990) which enabled us to bring closer the results of the model to the actual characteristics of the lake. The cyclical nature of the population density of macroalgae was reproduced, with a bloom throughout the spring especially in the southern part of the lake. In the second step, we carried out a five-year predictive simulation of the ecological functioning of the lake from the year 2002. The results of this simulation showed us that the lake presents good ecological conditions.The results of the present ecological model are the best results that we can obtain using the available data, but further measurements of phytoplankton, zooplankton, macroalgae and nutrients in the sediments can improve considerably the results of this model

Relation entre la structure et le comportement hydrodynamique d'une couverture de sol sulfaté acide de Basse Casamance (Sénégal) : approche naturaliste, apport de la rétractométrie

Ce travil montre les relations existant entre la structure et le comportement hydrodynamique d'un sol sulfaté acide de bassa Casamance (Sénégal). A partir d'une démarche naturaliste associée à une démarche expérimentale basée sur l'étude des courbes de retrait d'échantillons non remaniés (rétractométrie) l'auteur montre l'existance de discontinuités structurales correspondant aux variations de comportement hydrodynamique du sol. Les facteurs d'hétérogénéités ont pour origine la variation de la micro-organisation plasma-squelette

Quels défis pour la granulométrie optique ? What challenges does optical particle sizing face?

National audienceLes constructeurs de granulomètres proposent des instruments dont la qualité métrologique est indéniable. Cependant, les logiciels d'interprétation du signal optique reposent la plupart du temps sur l'hypothèse de sphéricité des particules. Ce papier passe en revue les différents problèmes à résoudre pour obtenir une information morphologique plus riche et réaliste que celle couramment proposée. On focalisera notre attention sur le problème direct qui est le préalable à toute amélioration : étant donné une particule de morphologie donnée, quelle est sa signature optique ? Manufacturers of particle sizers sell on the market instruments with high quality of the metrology. However the software used for analysing the optical signal are often based on some hypothesis like the sphericity of the particles. This paper reviews the challenges to get more realistic information about the particle morphology. We focus the paper on the direct problem which is the beginning of any improvement of the inverse problem: given a particle morphology, what is its optical response

Une méthodologie de modélisation numérique de terrain pour la simulation hydrodynamique bidimensionnelle

L'article pose la problématique de la construction du Modèle Numérique de Terrain (MNT) dans le contexte d'études hydrauliques à deux dimensions, ici reliées aux inondations. La difficulté est liée à l'hétérogénéité des ensembles de données qui diffèrent en précision, en couverture spatiale, en répartition et en densité, ainsi qu'en géoréférentiation, notamment. Dans le cadre d'un exercice de modélisation hydrodynamique, toute la région à l'étude doit être documentée et l'information portée sur un support homogène. L'article propose une stratégie efficace supportée par un outil informatique, le MODELEUR, qui permet de fusionner rapidement les divers ensembles disponibles pour chaque variable qu'elle soit scalaire comme la topographie ou vectorielle comme le vent, d'en préserver l'intégrité et d'y donner accès efficacement à toutes les étapes du processus d'analyse et de modélisation. Ainsi, quelle que soit l'utilisation environnementale du modèle numérique de terrain (planification d'aménagement, conservation d'habitats, inondations, sédimentologie), la méthode permet de travailler avec la projection des données sur un support homogène de type maillage d'éléments finis et de conserver intégralement l'original comme référence. Cette méthode est basée sur une partition du domaine d'analyse par type d'information : topographie, substrat, rugosité de surface, etc.. Une partition est composée de sous-domaines et chacun associe un jeu de données à une portion du domaine d'analyse par un procédé déclaratoire. Ce modèle conceptuel forme à notre sens le MNT proprement dit. Le processus de transfert des données des partitions à un maillage d'analyse est considéré comme un résultat du MNT et non le MNT lui-même. Il est réalisé à l'aide d'une technique d'interpolation comme la méthode des éléments finis. Suite aux crues du Saguenay en 1996, la méthode a pu être testée et validée pour en démontrer l'efficacité. Cet exemple nous sert d'illustration.This article exposes the problem of constructing a Numerical Terrain Model (NTM) in the particular context of two-dimensional (2D) hydraulic studies, herein related to floods. The main difficulty is related to the heterogeneity of the data sets that differ in precision, in spatial coverage, distribution and density, and in georeference, among others. Within the framework of hydrodynamic modelling, the entire region under study must be documented and the information carried on a homogeneous grid. One proposes here an efficient strategy entirely supported by a software tool called MODELEUR, which allows to import, gather and merge together very heterogeneous data sets, whatever type they are, scalar like topography or vectorial like wind, to preserve their integrity, and provide access to them in their original form at every step of the modelling exercise. Thus, whatever the environmental purpose of the modelling exercise (enhancement works, sedimentology, conservation of habitats, flood risks analysis), the method allows to work with the projection of the data sets on a homogeneous finite element grid and to conserves integrally the original sets as the ultimate reference. This method is based on a partition of the domain under study for each data type: topography, substrates, surface roughness, etc. Each partition is composed of sub-domains and each of them associates a data set to a portion of the domain in a declarative way. This conceptual model represents formally the NTM. The process of data transfer from the partitions to the final grid is considered as a result of the NTM and not the NTM itself. It is performed by interpolation with a technique like the finite element method. Following the huge Saguenay flood in 1996, the efficiency of this method has been tested and validated successfully and this example serves here as an illustration.The accurate characteristics description of both river main channel and flood plain is essential to any hydrodynamic simulation, especially if extreme discharges are considered and if the two-dimensional approach is used.The ground altitude and the different flow resistance factors are basic information that the modeler should pass on to the simulator. For too long, this task remained "the poor relative" of the modeling process because it does not a priori seem to raise any particular difficulty. In practice however, it represents a very significant workload for the mobilisation of the models, besides hiding many pitfalls susceptible to compromise the quality of the hydraulic results. As well as the velocity and water level fields are results of the hydrodynamic model, the variables describing the terrain and transferred on the simulation mesh constitute the results of the Numerical Terrain Model (NTM). Because this is strictly speaking a modeling exercise, a validation of the results that assess the quality of the model is necessary.In this paper, we propose a methodology to integrate the heterogeneous data sets for the construction of the NTM with the aim of simulating 2D hydrodynamics of natural streams with the finite element method. This methodology is completely supported by a software, MODELEUR, developed at INRS-Eau (Secretan and Leclerc, 1998; Secretan et al., 2000). This tool, which can be assimilated to a Geographical Information System (GIS) dedicated to the applications of 2D flow simulations, allows to carry out all the steps of integrating the raw data sets for the conception of a complete NTM. Furthermore, it facilitates the application and the piloting of hydrodynamic simulations with the simulator HYDROSIM (Heniche et al., 1999).Scenarios for flow analysis require frequent and important changes in the mesh carrying the data. A return to the basis data sets is then required, which obliges to preserve them in their entirety, to have easily access to them and to transfer them efficiently on the mesh. That is why the NTM should rather put emphasis on basic data rather than on their transformed and inevitably degraded aspect after their transfer to a mesh.The data integrity should be preserved as far as possible in the sense that it is imperative to keep distinct and to give access separately to different data sets. Two measuring campaigns will not be mixed; for example, the topography resulting from digitised maps will be maintained separated from that resulting from echo-sounding campaigns. This approach allows at any time to return to the measures, to control them, to validate them, to correct them and possibly, to substitute a data set a by another one.The homogeneity of the data support with respect to the location of the data points is essential to allow the algebraic interaction between the different information layers. The operational objective which bear up ultimately the creation of the NTM in the present context is to be able to transfer efficiently the spatial basic data (measurements, geometry of civil works, etc.) each carried by diverse discretisations towards a single carrying structure.With these objectives of integrity, accessibility, efficiency and homogeneity, the proposed method consists of the following steps:1. Import of the data sets into the database, which possibly implies to digitise maps and/or to reformat the raw files to a compatible file format; 2. Construction and assembly of the NTM properly which consists, for each variable (topography, roughness, etc.), to create a partition of the domain under study, that is to subdivide it into juxtaposed sub-domains and to associate to each sub-domain the data set which describes the variable on it. More exactly, this declaratory procedure uses irregular polygons allowing to specify in the corresponding sub-domains the data source to be used in the construction of the NTM. As it is also possible to transform regions of the domain with algebraic functions to represent for example civil works in river (dikes, levees, etc.), the NTM integrates all the validated data sets and the instructions to transform them locally. From this stage, the NTM exists as entity-model and it has a conceptual character;3. Construction of a finite element mesh;4. Transfer by interpolation and assembly of the data of the different components of the NTM on the finite element mesh according to the instructions contained in the various partitions. The result is an instance of the NTM and its quality depends on the density of the mesh and the variability of the data. So, it requires a validation with respect to the original data;5. Realisation of the analysis tasks and/or hydrodynamic simulations. If the mesh should be modified for a project variant or for an analysis scenario, only tasks 3 and 4 are to be redone and task 4 is completely automated in the MODELEUR.The heterogeneity of the data sources, which constitutes one of the main difficulties of the exercise, can be classified in three groups: according to the measuring technique used; according to the format or the representation model used; according to the geographic datum and projection system.For the topography, the measuring techniques include conventional or radar satellite, airborne techniques, photogrammetry or laser scanning, ground techniques, total station or GPS station, as well as embarked techniques as the echo-sounder. These data come in the form of paper maps that have to be digitised, in the form of regular or random data points, isolines of altitude, or even as transects. They can be expressed in different datums and projections and sometime are not even georeferenced and must be first positioned.As for the bed roughness that determines the resistance to the flow, also here the data sets differ one from the other in many aspects. Data can here also have been picked as regular or random points, as homogeneous zones or as transects. Data can represent the average grain size of the present materials, the dimension of the passing fraction (D85 or D50 or median), the represented % of the surface corresponding to every fraction of the grain assemblage, etc... In absence of this basic data, the NTM can only represent the value of the friction parameter, typically n of Manning, which should be obtained by calibration for the hydrodynamic model. For the vegetation present in the flood plain or for aquatic plants, source data can be as variable as for the bed roughness. Except for the cases where data exists, the model of vegetation often consists of the roughness parameter obtained during the calibration exercise. The method was successfully applied in numerous contexts as demonstrated by the application realised on the Chicoutimi River after the catastrophic flood in the Saguenay region in 1996. The huge heterogeneity of the available data in that case required the application of such a method as proposed. So, elevation data obtained by photogrammetry, by total station or by echo-sounder on transects could be coordinated and investigated simultaneously for the purposes of hydrodynamic simulation or of sedimentary balance in zones strongly affected by the flood

Simulation du fonctionnement hydrodynamique des milieux humides dans les plaines alluviales

International audienceLa modélisation hydrodynamique est peu utilisée afin de simuler le fonctionnement des milieux humides à l’échelle des plaines alluviales et nécessite souvent de nombreuses données d’entrée souvent difficiles à acquérir. On présente ici un outil de simulation, Accept’Hydro, qui est alimenté par quatre données d’entrée : le modèle numérique d’élévation (IGN), les données piézométriques (banque ADES), l’historique des débits rivières (banque HYDRO), et le réseau hydrographie (BD Carthage). Après l’étape de création automatique du maillage non-uniforme, adapté au domaine étudié, le logiciel génère en sortie les hauteurs d’eau et les vitesses d’écoulement dans la rivière et dans la nappe souterraine, au pas de temps journalier. Les données simulées, sur une période de temps minimal de 10 ans, sont traitées afin de cartographier les milieux humides potentiels en bordure de cours d’eau. De plus, cet outil permet d’intégrer des hypothèses sur l’évolution des débits afin de prendre en compte les modifications dues au change ment climatique, et d’en simuler les impacts sur le fonctionnement hydrologique. On présente ici les résultats d’Accept’Hydro sur la plaine alluviale de la Garonne et ses milieux humides pour la période 2004-2013, dans le département du Tarn-et-Garonne. Dans ce secteur, les simulations prévoient une diminution de la superficie des milieux humides pour l’horizon 2030, en partant d’hypothèses de diminution des débits saisonniers