Modélisation de la formation des polluants au sein des foyers aéronautiques par une méthode de chimie tabulée

The reduction of pollutant emissions of aeronautical combustion chambers is a major issue for engine manufacturers. In order to support them in this task, it is necessary to develop numerical simulation tools able to predict accurately chemical species emissions at the chamber outlet. To achieve this, a detailed description of the chemical reactions is necessary. Nevertheless, considering the current computer capabilities, this description is not presently affordable. This is why the use of chemistry reduction methods preserving the capability to predict pollutants species is necessary. The method of tabulated chemistry is a good candidate to tackle these problems and therefore is used as the basis of model developments achieved in the framework of this PhD thesis. A preliminary work has been made to select in the literature tabulated chemistry methods applying to turbulent reactive two-phase flows. The technique to create the chemical tables has been improved in order to take into account the effect of the residence time of the burnt gases on nitrogen oxides formation. The coupling of the method with a soot model has also been achieved. The tabulated chemistry gives access to the concentration of soot precursors and oxidizers, quantities which are required by the model used for the soot prediction. The developed tabulated chemistry model has been applied to the simulation of a configuration representative of aeronautical combustors. The concentration of nitrogen oxides, soot particles, carbon monoxide and unburnt hydrocarbons predicted by the numerical simulations have been compared to experimental results. The topology of the soot volume fraction field and the shape of pollutant concentrations profiles at the outlet agree quite well with the experiments. Nevertheless, concentration levels obtained from the simulations differ from the experimental results. This can be imputed to the error in the prediction of the temperature field that is independent of the combustion model, since a similar error was observed with another combustion model.La réduction des émissions polluantes des foyers aéronautiques est un enjeu majeur pour les motoristes. Afin de les accompagner dans cette tâche, il est nécessaire de développer des outils de simulation numérique permettant de prédire avec précision les émissions d'espèces chimiques en sortie du foyer. Pour cela, une description détaillée des réactions chimiques est nécessaire. Celle-ci est néanmoins incompatible avec la simulation des foyers industriels, compte tenu des puissances de calcul actuelles. C'est pourquoi il est nécessaire de recourir à des méthodes de réduction de la chimie qui préservent la capacité de prédire la concentration des polluants. La démarche consistant à tabuler la chimie nous a semblé appropriée pour aborder ces problèmes et son développement a fait l'objet de cette thèse. Un premier travail a été effectué afin de sélectionner dans la littérature les modèles permettant de traiter des écoulements réactifs turbulents diphasiques avec une approche de chimie tabulée. Par rapport à l’existant, des améliorations ont été apportées à la génération des tables chimiques, afin de prendre en compte l'effet du temps de résidence des gaz brûlés dans le foyer sur la formation des oxydes d'azote. Le couplage de la méthode avec un modèle de formation des suies a également été réalisé. La chimie tabulée permet d’avoir accès à la concentration des précurseurs de suie et des espèces oxydantes, quantités sur lesquelles s’appuie le modèle de formation des suies. Le modèle de chimie tabulée développé dans le cadre de cette thèse a été appliqué à la simulation d'une configuration représentative des foyers aéronautiques. Les concentrations d'oxydes d'azote, de particules de suie, mais aussi de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés prédites par les calculs ont été comparées aux résultats expérimentaux. Un bon accord avec l'expérience est observé concernant la topologie du champ de suie et l'allure des profils de concentration de polluants en sortie. Néanmoins, les niveaux de concentration obtenus par les simulations diffèrent des résultats expérimentaux. Cela est imputable notamment à une erreur de prédiction du champ de température qui n'est pas due à l'approche de chimie-tabulée puisque une erreur similaire a été observée avec un autre modèle de combustion

A Glucose BioFuel Cell Implanted in Rats

Powering future generations of implanted medical devices will require cumbersome transcutaneous energy transfer or harvesting energy from the human body. No functional solution that harvests power from the body is currently available, despite attempts to use the Seebeck thermoelectric effect, vibrations or body movements. Glucose fuel cells appear more promising, since they produce electrical energy from glucose and dioxygen, two substrates present in physiological fluids. The most powerful ones, Glucose BioFuel Cells (GBFCs), are based on enzymes electrically wired by redox mediators. However, GBFCs cannot be implanted in animals, mainly because the enzymes they rely on either require low pH or are inhibited by chloride or urate anions, present in the Extra Cellular Fluid (ECF). Here we present the first functional implantable GBFC, working in the retroperitoneal space of freely moving rats. The breakthrough relies on the design of a new family of GBFCs, characterized by an innovative and simple mechanical confinement of various enzymes and redox mediators: enzymes are no longer covalently bound to the surface of the electron collectors, which enables use of a wide variety of enzymes and redox mediators, augments the quantity of active enzymes, and simplifies GBFC construction. Our most efficient GBFC was based on composite graphite discs containing glucose oxidase and ubiquinone at the anode, polyphenol oxidase (PPO) and quinone at the cathode. PPO reduces dioxygen into water, at pH 7 and in the presence of chloride ions and urates at physiological concentrations. This GBFC, with electrodes of 0.133 mL, produced a peak specific power of 24.4 µW mL−1, which is better than pacemakers' requirements and paves the way for the development of a new generation of implantable artificial organs, covering a wide range of medical applications

NMR parameters in alkali, alkaline earth and rare earth fluorides from first principle calculations

19F isotropic chemical shifts for alkali, alkaline earth and rare earth of column 3 basic fluorides are measured and the corresponding isotropic chemical shieldings are calculated using the GIPAW method. When using PBE exchange correlation functional for the treatment of the cationic localized empty orbitals of Ca2+, Sc3+ (3d) and La3+ (4f), a correction is needed to accurately calculate 19F chemical shieldings. We show that the correlation between experimental isotropic chemical shifts and calculated isotropic chemical shieldings established for the studied compounds allows to predict 19F NMR spectra of crystalline compounds with a relatively good accuracy. In addition, we experimentally determine the quadrupolar parameters of 25Mg in MgF2 and calculate the electric field gradient of 25Mg in MgF2 and 139La in LaF3 using both PAW and LAPW methods. The orientation of the EFG components in the crystallographic frame, provided by DFT calculations, is analysed in term of electron densities. It is shown that consideration of the quadrupolar charge deformation is essential for the analysis of slightly distorted environments or highly irregular polyhedra.Comment: 18 pages, 8 figures, 4 tables and ES

Dust Devil Sediment Transport: From Lab to Field to Global Impact

The impact of dust aerosols on the climate and environment of Earth and Mars is complex and forms a major area of research. A difficulty arises in estimating the contribution of small-scale dust devils to the total dust aerosol. This difficulty is due to uncertainties in the amount of dust lifted by individual dust devils, the frequency of dust devil occurrence, and the lack of statistical generality of individual experiments and observations. In this paper, we review results of observational, laboratory, and modeling studies and provide an overview of dust devil dust transport on various spatio-temporal scales as obtained with the different research approaches. Methods used for the investigation of dust devils on Earth and Mars vary. For example, while the use of imagery for the investigation of dust devil occurrence frequency is common practice for Mars, this is less so the case for Earth. Modeling approaches for Earth and Mars are similar in that they are based on the same underlying theory, but they are applied in different ways. Insights into the benefits and limitations of each approach suggest potential future research focuses, which can further reduce the uncertainty associated with dust devil dust entrainment. The potential impacts of dust devils on the climates of Earth and Mars are discussed on the basis of the presented research results

Modelling of pollutant species formation in aeronautical combustors using a tabulated chemistry method

La réduction des émissions polluantes des foyers aéronautiques est un enjeu majeur pour les motoristes. Afin de les accompagner dans cette tâche, il est nécessaire de développer des outils de simulation numérique permettant de prédire avec précision les émissions d'espèces chimiques en sortie du foyer. Pour cela, une description détaillée des réactions chimiques est nécessaire. Celle-ci est néanmoins incompatible avec la simulation des foyers industriels, compte tenu des puissances de calcul actuelles. C'est pourquoi il est nécessaire de recourir à des méthodes de réduction de la chimie qui préservent la capacité de prédire la concentration des polluants. La démarche consistant à tabuler la chimie nous a semblé appropriée pour aborder ces problèmes et son développement a fait l'objet de cette thèse. Un premier travail a été effectué afin de sélectionner dans la littérature les modèles permettant de traiter des écoulements réactifs turbulents diphasiques avec une approche de chimie tabulée. Par rapport à l’existant, des améliorations ont été apportées à la génération des tables chimiques, afin de prendre en compte l'effet du temps de résidence des gaz brûlés dans le foyer sur la formation des oxydes d'azote. Le couplage de la méthode avec un modèle de formation des suies a également été réalisé. La chimie tabulée permet d’avoir accès à la concentration des précurseurs de suie et des espèces oxydantes, quantités sur lesquelles s’appuie le modèle de formation des suies. Le modèle de chimie tabulée développé dans le cadre de cette thèse a été appliqué à la simulation d'une configuration représentative des foyers aéronautiques. Les concentrations d'oxydes d'azote, de particules de suie, mais aussi de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés prédites par les calculs ont été comparées aux résultats expérimentaux. Un bon accord avec l'expérience est observé concernant la topologie du champ de suie et l'allure des profils de concentration de polluants en sortie. Néanmoins, les niveaux de concentration obtenus par les simulations diffèrent des résultats expérimentaux. Cela est imputable notamment à une erreur de prédiction du champ de température qui n'est pas due à l'approche de chimie-tabulée puisque une erreur similaire a été observée avec un autre modèle de combustion.The reduction of pollutant emissions of aeronautical combustion chambers is a major issue for engine manufacturers. In order to support them in this task, it is necessary to develop numerical simulation tools able to predict accurately chemical species emissions at the chamber outlet. To achieve this, a detailed description of the chemical reactions is necessary. Nevertheless, considering the current computer capabilities, this description is not presently affordable. This is why the use of chemistry reduction methods preserving the capability to predict pollutants species is necessary. The method of tabulated chemistry is a good candidate to tackle these problems and therefore is used as the basis of model developments achieved in the framework of this PhD thesis. A preliminary work has been made to select in the literature tabulated chemistry methods applying to turbulent reactive two-phase flows. The technique to create the chemical tables has been improved in order to take into account the effect of the residence time of the burnt gases on nitrogen oxides formation. The coupling of the method with a soot model has also been achieved. The tabulated chemistry gives access to the concentration of soot precursors and oxidizers, quantities which are required by the model used for the soot prediction. The developed tabulated chemistry model has been applied to the simulation of a configuration representative of aeronautical combustors. The concentration of nitrogen oxides, soot particles, carbon monoxide and unburnt hydrocarbons predicted by the numerical simulations have been compared to experimental results. The topology of the soot volume fraction field and the shape of pollutant concentrations profiles at the outlet agree quite well with the experiments. Nevertheless, concentration levels obtained from the simulations differ from the experimental results. This can be imputed to the error in the prediction of the temperature field that is independent of the combustion model, since a similar error was observed with another combustion model

Performances de la TEP/TDM à la 18 F-Fluorocholine dans l'Hyperparathyroïdie Primaire liée à la Néoplasie Endocrinienne Multiple de type 1 avant chirurgie initiale, ou ré-intervention en cas de maladie persistante ou récidivante

Objectif : grâce à une meilleure compréhension de la NEM1 et à l'amélioration des modalités d'imagerie, le traitement chirurgical de l'hyperparathyroïdie primaire (HPTP) a progressivement évolué de la parathyroïdectomie subtotale (STP) vers des approches plus conservatrices (LTSP, less than subtotal). Les objectifs de la présente étude étaient d'évaluer la valeur et la robustesse de la [18F]fluorocholine (FCH) en TEP/TDM dans l’HPTP liée à la NEM1 à différents stades de la maladie. Méthodes : cette étude rétrospective multicentrique française a inclus des patients atteints de NEM1 et d’HPTP qui ont réalisé une FCH PET. Chaque centre a fourni des données anonymisées de leurs patients ainsi que des images TEP au format DICOM. Les PET/TDM ont été examinées de manière indépendante par 2 lecteurs en aveugle. Résultats : au total, 71 patients atteints de NEM1 ont été inclus (73 TEP) dans l'étude. A l’échelle du patient, la sensibilité de la FCH TEP/TDM variait de 98,5 % à 100 %. En moyenne, 1,77 glandes par TEP ont été décrites, avec 2,35 glandes au diagnostic initial (n=23) et 1,5 dans les cas antérieurement opérés (n=50). La TEP a détecté plus de lésions que l'examen d'imagerie conventionnel. La sensibilité variait de 84,38 % à 86,96 % et la spécificité variait de 94,74 % à 98,75 %. Au diagnostic initial, tous les patients présentant 3 glandes anormales ou plus à la TEP ont subi une STP, tandis que 7 des 13 patients présentant 1 ou 2 glandes anormales à la TEP ont subi une LTSP. Enfin, la concordance était forte entre les lecteurs. Conclusion : la FCH TEP est une modalité d'imagerie fiable et robuste pour l'évaluation de l’HPTP liée à la NEM1, offrant une précieuse orientation aux chirurgiens pour atteindre le ratio bénéfice-risque optimal. Cette étude donne une vraie impulsion à son adoption en tant qu'outil de première intention diagnostic dans ce contexte

Modélisation 5 équations pour la simulation diphasique dans les moteurs à injecteur coaxial

International audienceIn this paper, we propose models and methods for the simulation of two-phase flows in Liquid Rocket Engines (LRE) under subcritical conditions. The numerical strategy consists into coupling models dedicated to different topologies. Actually, we propose a five equation diffuse interface model for the treatment of the dense "separated two-phase flow" near the injector and an Eulerian kinetic based model for the "dispersed two-phase flow" in the chamber. We derive a novel formulation of the 5 equation system to build a robust HLLC type scheme. Then we use a fully Eulerian coupling strategy to take into account for primary atomization. We first run classical test cases in order to validate the numerical methods. Then a simulation on a test case representative to one coaxial injector is performed under subcritical conditions

A method to extend flamelet manifolds for prediction of NOx and long time scale species with tabulated chemistry

International audienceNumerical simulation is currently used to help design low NOx devices for aircraft engines. In order to improve the prediction of pollutant species, combustion models based on tabulated chemistry have been commonly used in recent years. However, the short time scales of usual flamelet manifolds can lead to errors concerning the NO prediction in post flame area, as shown in this paper. Thus, a new method is proposed to extend the manifold in order to describe the evolution of species with a long characteristic time. This method is tested in the framework of 0D-1D computations. The use of the extended manifold is shown to be necessary to correctly predict the evolution of NO concentration in burnt gases. As an example, the extended and classical manifolds were compared in the framework of 2D simulations of an industrial-like combustor, showing an evident difference on the NO levels predicted in the outlet section

BOUCHER_supplemental table 2_ Classification of MEN1 variants according to the ACMG-AMP guidelines

supplemental table 2_ Classification of MEN1 variants according to the ACMG-AMP guidelines</p