Etude d’un jet de ferrofluide confiné en présence de deux sources magnétiques

La présente étude est une analyse numérique du transfert de chaleur et de l’écoulement d’un jet de ferrofluide confiné dans un canal plan en présence de deux sources magnétiques. Le modèle de Buongiorno est utilisé pour décrire l’écoulement du ferrofluide avec la prise en compte de l’effet ferrohydrodynamique. Les équations gouvernantes avec les conditions aux limites associées sont résolues par la méthode des volumes finis. Les résultats révèlent une amélioration du transfert de chaleur avec l’augmentation du nombre magnétique (Mn) et la réduction du rapport d’ouverture (R)

Caractérisation des matériaux piézoélectriques dédiés à la génération des décharges plasmas pour applications biomédicales

Les transformateurs piézoélectriques se positionnent aujourd’hui comme une alternativetechnologique séduisante face aux solutions classiquement utilisées pour la génération desplasmas froids. Leur haute permittivité, leur faible tension d’alimentation et leur capacité deminiaturisation en font une solution sérieuse et originale pour de nombreuses applications faiblespuissances, notamment dans le domaine biomédical pour la stérilisation, le traitement de surfaceet la décontami-nation des instruments médicaux. Dans le cadre d'un fonctionnement engénérateur plasma, la conversion électromécanique au sein du transformateur s’accompagne depertes mécaniques et diélectriques, souvent converties en chaleur. À ces effets s'ajoute l’influenceproprement dite de la décharge sur le comportement électrique du dispositif. L’évolutiondynamique et fortement non-linéaire de la décharge entraine un comportement méconnu desgrandeurs électriques. Par conséquent, l’étage d’alimentation du transformateur constitue un sujetd’étude au même titre que le transformateur lui-même. De plus, étant donné la configuration duprocessus de génération, qui positionne le matériau piézoélectrique comme source et siège de ladécharge plasma, il devient nécessaire d’analyser la viabilité du dispositif. L’ionisation du milieugazeux environnant le générateur provoque des effets électroniques complexes, susceptiblesd’entrainer des dépôts de matière à la surface du matériau ou d’en éroder la surface. C’est dansce cadre, à l’interface entre le génie électrique et la science des matériaux, que s’articule cettethèse. Une première partie est destinée au développement d’un outil de commande numérique dugénérateur par une boucle de verrouillage de phase, assurant sa continuité de fonctionnementface aux variations des conditions opératoires. Par la suite, une modélisation du générateurplasma dans des configurations proches des décharges à barrières diélectriques est effectuée ;des simulations permettent une estimation de la puissance de décharge à partir d’uneidentification expérimentale des paramètres du modèle. Dans un deuxième temps, nouscherchons à établir une corrélation entre la structure du matériau et ses propriétés électriques ens’appuyant sur une méthodologie de caractérisation multi-échelle, avant et après déchargeplasma. L'étude se focalise principalement sur l'évolution en surface de la structure cristalline et lacomposition chimique, en liaison avec les propriétés fonctionnelles du transformateur aprèsgénération de la décharge. Enfin, une étude en température porte sur l’investigation des effetsd’auto-échauffement du générateur dans ce mode de fonctionnemen

Ferrohydrodynamics Mixed Convection of a Ferrofluid in a Vertical Channel with Porous Blocks of Various Shapes

Numerical simulations of (water-Fe3O4) ferrohydrodynamics (FHD) mixed convection inside a vertical channel are performed. The magnetic field is produced by three sources positioned outside the channel’s right wall. The latter is provided with localized heat sources surmounted by variously shaped porous blocks: rectangular, trapezoidal, and triangular. The general model of Darcy-Brinkman-Forchheimer is employed to describe the fluid flow in the porous regions, and the resulting equations are numerically solved by the finite volume approach. The influence of significant parameters, including the magnetic number (Mn), the Richardson number (Ri), and the shape of blocks, is examined. The results essentially reveal that the enhanced heat transfer brought by the magnetic field and its intensity increase is suppressed by the augmentation of Ri until a critical value, rising with Mn, beyond which the global Nusselt number increases again. The mean friction coefficient increases with increased Mn and reduced Ri. Compared to the case with no magnetic field, the maximum enhancement in heat transfer rate is around 132% for the rectangular blocks, 146% for the trapezoidal blocks, and 160% for the triangular blocks, while the maximum increase in pressure drop is approximately 45% for all the shapes. The triangular shape seems the most efficient because it leads to high heat transfer rates and low mean friction coefficients; its performance factor is 2.32 for a dominant magnetic field and 2.62 for a dominant buoyancy force. The current research's conclusions will help optimize the operation of various thermal engineering systems, including electronic devices, where the improved heat removal rate will keep the electronic components at a safe operating temperature

Unified Multifractal Description of Velocity Increments Statistics in Turbulence: Intermittency and Skewness

The phenomenology of velocity statistics in turbulent flows, up to now, relates to different models dealing with either signed or unsigned longitudinal velocity increments, with either inertial or dissipative fluctuations. In this paper, we are concerned with the complete probability density function (PDF) of signed longitudinal increments at all scales. First, we focus on the symmetric part of the PDFs, taking into account the observed departure from scale invariance induced by dissipation effects. The analysis is then extended to the asymmetric part of the PDFs, with the specific goal to predict the skewness of the velocity derivatives. It opens the route to the complete description of all measurable quantities, for any Reynolds number, and various experimental conditions. This description is based on a single universal parameter function D(h) and a universal constant R*.Comment: 13 pages, 3 figures, Extended version, Publishe

Experimental assessment of a new form of scaling law for near-wall turbulence

Scaling laws and intermittency in the wall region of a turbulent flow are addressed by analyzing moderate Reynolds number data obtained by single component hot wire anemometry in the boundary layer of a flat plate. The paper aims in particular at the experimental validation of a new form of refined similarity recently proposed for the shear dominated range of turbulence, where the classical Kolmogorov-Oboukhov inertial range theory is inappropriate. An approach inspired to the extended self-similarity allows for the extraction of the different power laws for the longitudinal structure functions at several wall normal distances. A double scaling regime is found in the logarithmic region, confirming previous experimental results. Approaching the wall, the scaling range corresponding to the classical cascade-dominated range tends to disappear and, in the buffer layer, a single power law is found to describe the available range of scales. The double scaling is shown to be associated with two different forms of refined similarity. The classical form holds below the shear scale L s . The other, originally introduced on the basis of DNS data for a turbulent channel, is experimentally confirmed to set up above L s . Given the experimental diffulties in the evaluation of the instantaneous dissipation rate, some care is devoted to check that its one-dimensional surrogate does not bias the results. The increased intermittency as the wall is approached is experimentally found entirely consistent with the failure of the refined Kolmogorov-Oboukhov similarity and the establishment of its new form near the wall.Comment: 27 pages, 9 figure

Characterization of piezoelectric materials dedicated to plasma discharges generation for biomedical applications

Les transformateurs piézoélectriques se positionnent aujourd'hui comme une alternative technologique séduisante face aux solutions classiquement utilisées pour la génération des plasmas froids. Leur haute permittivité, leur faible tension d’alimentation et leur capacité de miniaturisation en font une solution sérieuse et originale pour de nombreuses applications faibles puissances, notamment dans le domaine biomédical pour la stérilisation, le traitement de surface et la décontami-nation des instruments médicaux. Dans le cadre d'un fonctionnement en générateur plasma, la conversion électromécanique au sein du transformateur s’accompagne de pertes mécaniques et diélectriques, souvent converties en chaleur. À ces effets s'ajoute l’influence proprement dite de la décharge sur le comportement électrique du dispositif. L’évolution dynamique et fortement non-linéaire de la décharge entraine un comportement méconnu des grandeurs électriques. Par conséquent, l’étage d’alimentation du transformateur constitue un sujet d’étude au même titre que le transformateur lui-même. De plus, étant donné la configuration du processus de génération, qui positionne le matériau piézoélectrique comme source et siège de la décharge plasma, il devient nécessaire d’analyser la viabilité du dispositif. L’ionisation du milieu gazeux environnant le générateur provoque des effets électroniques complexes, susceptibles d’entrainer des dépôts de matière à la surface du matériau ou d’en éroder la surface. C’est dans ce cadre, à l’interface entre le génie électrique et la science des matériaux, que s’articule cette thèse. Une première partie est destinée au développement d’un outil de commande numérique du générateur par une boucle de verrouillage de phase, assurant sa continuité de fonctionnement face aux variations des conditions opératoires. Par la suite, une modélisation du générateur plasma dans des configurations proches des décharges à barrières diélectriques est effectuée ;des simulations permettent une estimation de la puissance de décharge à partir d’une identification expérimentale des paramètres du modèle. Dans un deuxième temps, nous cherchons à établir une corrélation entre la structure du matériau et ses propriétés électriques en s’appuyant sur une méthodologie de caractérisation multi-échelle, avant et après décharge plasma. L'étude se focalise principalement sur l'évolution en surface de la structure cristalline et la composition chimique, en liaison avec les propriétés fonctionnelles du transformateur après génération de la décharge. Enfin, une étude en température porte sur l’investigation des effets d’auto-échauffement du générateur dans ce mode de fonctionnementDue to intensive development efforts during the past decade, piezoelectric transformers havebecome an attractive alternative solution compared to the con-ventionally used technologies forcold plasma generation. Their high efficiency, thin-shaped dimensions and low voltage supplymake them serious and original candidates for numerous low power applications, particularly inbiomedical field. Operating as a plasma generator, the electromechanical conversion within thetransformer is accompanied by mechanical and dielectric losses, often converted into heat. On topof these effects, the discharge is likely to influence the electrical behavior of the device. Thedynamic and highly non-linear evolution of the dis-charge leads to an unknown behavior ofelectrical properties. Consequently, the transformer supply stage is an active research subject inthe same way as the trans-former itself. Moreover, considering the configuration of the generationprocess, which positions the piezoelectric material as the source and the spot of the plasmadischarge, it becomes necessary to consider the viability of the device. The ioniza-tion of thegaseous environment surrounding the generator causes complex elec-tronic effects, which canlead to material deposition on the surface of the generator and thus modify or even degrade it. It iswithin this framework, at the interface between electrical engineering and material science, thatthis thesis is articulated. A first part is intended to develop a setup for numerical control of thedevice using a digital phase-locked loop to ensure its continuous operation in different operatingconditions. Subsequently, a model of the plasma generator in configurations close to dielectricbarrier discharges is proposed; Simulations allow an estimation of the discharge power from anexperimental identification of the model parameters. In a second part, we seek to establish acorrelation between the material structure and its electrical properties based on a multi-scalecharacterization methodology, before and after plasma discharge. The study focuses mainly onthe surface evolution in terms of the crystalline structure and the chemical composition, related tothe over-all properties of the piezoelectric transformer before and after discharge generation.Finally, a temperature study that concerns the investigation of the effects of self-heating of thegenerator in this operating mode is performe

Transverse velocity structure functions in developed turbulence

International audienc

Adult Movement Pattern and Habitat Preferences of the Maghribian Endemic Gomphus lucasii (Odonata: Gomphidae)

The Algerian Cubtail (Gomphus lucasii Selys) (Odonata: Gomphidae) is a river-dwelling dragonfly and one of the least known gomphid in the Palearctic. A survey of the movement patterns and habitat requirements of adults was conducted in the largest currently known population, located in the Seybouse River (Northeast Algeria). Daily mark-release-resighting surveys along a 2.5 km stretch of the watercourse and within plots in terrestrial habitats were carried out; a total of 1,316 individuals were marked. The resighting rate along the watercourse was 8.13% and did not significantly vary with sex and age. Adult spatial distribution differed according to sex and age. Mature females were significantly further from the water than males. Mature males were observed not only along the watercourse but also far from the water, up to 450 m where reproductive pairs in copula were recorded. Preferred maturation and foraging sites were open grasslands and dense wheat fields. Philopatry to reproductive sites had a mean of 1.11%, while philopatry to emergence site was lower (0.4%) and noted only in males. The mean distance of natal dispersal (from emergence to reproductive areas) was 596.5 6 4.94 m. The mean dispersal distance from one reproductive site to another was 180.97 6 238.54 m. Both mature males and females preferred fast flowing water, but females were observed to oviposit in relatively small watercourses

MHD mixed convection and entropy generation of a nanofluid in a vertical porous channel

International audienceA numerical study of entropy generation and MHD mixed convection flow of a nanofluid in a vertical porous channel is made. The left plate is thermally insulated, whereas four discrete heat sources dissipating a uniform heat flux are mounted on the right wall which is adiabatic elsewhere. Both assisting and opposing flows are considered. The Darcy-Brinkman-Forchheimer model with the Boussinesq approximation is adopted and the finite volume method is used to solve the governing equations with the appropriate boundary conditions. The influence of the magnetic field strength (Hartmann number), Joule heating effect (Eckert number), buoyancy force intensity (Richardson number), nanoparticles volume fraction, as well as porous medium permeability (Darcy number) on velocity profiles, isotherms, isentropic lines, global Nusselt number and total entropy generation are analyzed. The results showed an enhancement on heat transfer rate by using a porous medium, a nanofluid, a magnetic field without taking into account the Joule heating and when mixed convection is assisted. Globally, entropy generation increases with the parameters cited above

Convection mixte MHD d’un nanofluide (eau-Cu) dans une cavité ouverte

Dans la présente étude, le problème de la convection mixte MHD d’un nanofluide (eau - Cu) confiné dans une cavité ouverte munie de deux sources de chaleur est étudié numériquement. Le modèle de Buongiorno est utilisé pour décrire l’écoulement du nanofluide en tenant compte du mouvement Brownien et de l’effet thermophorèse. Les équations gouvernantes avec les conditions aux limites associées sont résolues par la méthode des volumes finis. Les résultats révèlent un transfert de chaleur accru avec l’augmentation du rapport d’ouverture (R) et du nombre de Hartmann (Ha)