Contribution à l'étude de la valorisation des rejets thermiques (étude et optimisation de moteurs Stirling)

Plusieurs machines actuellement utilisées, moteurs à combustion interne en automobile ou centrales thermiques dans l énergie, rejettent de grandes quantités de chaleur. Généralement cette chaleur est dissipée dans l atmosphère et son énergie perdue. Nous nous sommes donc intéressés aux moteurs à apport de chaleur externe dont l énergie primaire est de l énergie thermique, et plus particulièrement aux moteurs Stirling. L une de ses principales caractéristiques est d utiliser de la chaleur produite extérieurement comme source d énergie. Ceci lui permet d être multi-carburant et même d utiliser de l énergie thermique naturelle.L étude menée comporte deux parties. Tout d abord un modèle numérique zéro dimension, trois zones en temps fini a été développé. Il prend en compte les échanges thermiques aux parois et les pertes de charge, mais ne préjuge ni des dimensions moteur, ni des conditions de fonctionnement. Ceci lui permet de rester flexible pour s adapter à l architecture spécifique du moteur à simuler. Ensuite nous avons réalisé des mesures expérimentales sur deux moteurs de taille et puissance différentes (quelques watts et 1 kW). Ces résultats ont permis de valider le modèle. Au final nous avons obtenu un modèle numérique traduisant l influence de paramètres dimensionnels et fonctionnels sur la puissance du moteur Stirling.Un outil d aide à la conception de moteur Stirling a été développé en ajoutant au modèle un algorithme d optimisation. Il permet une ébauche des caractéristiques d un moteur Stirling. En fonction de l application souhaitée et des contraintes s y appliquant, il agit sur les caractéristiques choisies par l utilisateur pour maximiser les performances.Several machines currently used, internal combustion engines for the car industry or thermal power plants in energy, exhaust a considerable amount of heat. Generally this heat is dispersed in the atmosphere and its energy lost. So we took a special interest in external heat engines which primary energy is heat energy, and more particularly in Stirling engines. One of its main characteristics is the used of energy from heat produced externally like energy source. This allows Stirling engines to be multi-fuel and even to use natural heat energy.The study carried out is made up of two parts. First, a three zones zero dimensional finite-time thermodynamic model has been developed. It takes into account the heat transfer from the walls and the pressure drop, but does not prejudge the dimensions of the engine nor the conditions of its functioning. It is thus able to remain flexible and to adjust to the specific architecture of the engine that should be simulated. Afterwards, we have realized a series of experimental measures thanks to two engines different in size and power (a few Watt and 1 kW). These results allowed us to validate the model. In the end, we got a numerical model representing the influence of dimensional and functional parameters on the power of a Stirling engine.Eventually, a tool to assist in designing Stirling engines was developed adding an optimization algorithm to the model. It allows to sketch out a preliminary draft of the characteristics of a Stirling engine. Depending on the desired application and on the constraints exerted on the engine, the tool created will act on the characteristics of the engine chosen by the user to maximize its performances.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Etude de l'évolution instationnaire de l'écoulement entourant un véhicule soumis brusquement à un vent latéral

Les techniques de PIV résolue en temps et de PIV stéréoscopique sont appliquées autour de corps automobiles soumis à un coup de vent latéral. Ainsi, l’évolution instationnaire des efforts aérodynamiques peut être interprétée en lien avec la topologie de l’écoulement. On montre en particulier que la réponse instationnaire du véhicule est dominée par le transitoire de la partie arrière. Le développement de la structure tourbillonnaire d’axe longitudinal apparaissant du côté sous le vent du véhicule soumis à un dérapage apparaît jouer un rôle important dans la réponse instationnaire de efforts aérodynamiques

Forces and flow structures evolution on a car body in a sudden crosswind

A vehicle driver is commonly exposed to strong side air flows, for example when passing through a wind gust. The aerodynamic efforts generated in these situations may induce undesired lateral deviations, which can lead to dramatic effects, if the driver is surprised. In order to simulate a sudden yaw angle change on a moving vehicle, a double wind tunnel facility, adapted from the one of Ryan, Dominy, 2000. Wake Surveys Behind a Passenger Car Subjected to a Transient Cross-wind Gust. SAE Technical Paper No. 2000-01-0874 is developed. Two Windsor car body models, differing from their rear geometry, are analysed. The transient evolution of the side force and yaw moment aerodynamic coefficients are interpreted in connection with the unsteady development of the flow, based on TR-PIV and stereoscopic PIV measurements. Our analysis shows that the region which is most sensitive to crosswind is located at the rear part of the leeward flank. However, changes in the rear geometry (from squareback to fastback body) only affect the established lateral coefficients values while transient duration and the force overshoots appear not to be significantly modified. Furthermore, the circulation of the most energetic leeward vortex appears to be correlated with the lateral coefficients transient evolutions

Contribution à l'étude de la formation des sprays

Le travail de cette thèse a pour but de fournir et valider des outils permettant d'étudier et de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un carburant dans un moteur à combustion interne, principalement axé sur l'écoulement intra-injecteur. Ces outils sont numériques et permettent de simuler la formation d'un spray. Une première partie est axée sur la modélisation 0D. Les modèles permettant de prédire des caractéristiques de spray comme son angle, sa pénétration ou encore la longueur du corps liquide, sont comparés à des données expérimentales. Les conclusions sont que la modélisation 0D permet d'obtenir de bons résultats. Par contre une meilleure connaissance de l'influence de la cavitation sur le spray, qui passe par la compréhension de l'écoulement intra-injecteur, pourrait être bénéfique pour la prédiction de ces modèles. Une seconde étude sur l'écoulement intra-injecteur est alors menée en utilisant un modèle à équation barotrope. Une validation de celui-ci est effectuée de façon à vérifier qu'il est capable de prédire correctement l'écoulement dans un injecteur. Le modèle offre de bons résultats et peut être utilisé pour l'étude suivante. Enfin, dans la dernière partie, le modèle de cavitation qui a été validé est utilisé. Une géométrie d'injecteur mono-trou est utilisée avec des pressions comparables à celles utilisées actuellement en automobile. L'étude consiste à étudier l'influence de plusieurs paramètres géométriques sur l'apparition de la cavitation. Le mouvement de l'aiguille est aussi étudié et est comparé, après avoir offert au code la possibilité de maillage mobile, à des résultats in-stationnaires pour plusieurs levées d'aiguille.The work of this thesis aims to provide and validate tools useful to study and understand the phenomena involved in the injection of fuel, mainly focused on intra-flow injector. These tools are numeric and simulate the formation of a spray. A first part focuses on zero-dimensional modelling. Models which predict these following characteristics of spray like the spray angle, the spray penetration or the liquid length are compared with experimental data. The conclusions are that zero-dimensional modelling provides good results very quickly in some cases. Although, a better understanding of the influence of cavitation on the spray, which requires an understanding of the intra-flow injector, could be beneficial for the prediction of these models. A second study is carried out to select a model of multi-dimensional cavitation. The chosen model is a barotropic equation model. A validation of this model is then performed to ensure that it is able to predict the cavitating flow inside a nozzle. The model provides good results and can be used for the next step. Finally, in the third part, the cavitation model previously validated is used. Single-hole nozzle geometry is used with an injection pressure comparable to that used in internal combustion engines with direct injection system. The study is done to investigate the influence of several geometrical parameters on the onset of cavitation. The movement of the needle is also studied and compared, after offering to the code the possibility of moving mesh, to the results of several stationary needle lifts.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Analyse expérimentale et numérique du comportement de véhicules terrestres en présence d'un vent latéral instationnaire

L aérodynamique latérale des véhicules automobiles suscite de nos jours de plus en plus d intérêt de la part des constructeurs. L automobiliste est en effet soumis quotidiennement à de forts courants d air latéraux, que ce soit lors du dépassement d un autre véhicule, ou alorsen passant dans un couloir de vent du à la topographie du terrain (passage devant un espace entre deux immeubles par exemple). Les efforts aérodynamiques mis en jeu dans ces situations peuvent provoquer des mouvements non désirés du véhicule, pouvant avoir des conséquences dramatiques si le conducteur se laisse surprendre. Des études expérimentales reproduisant les effets d un dérapage dynamique ont mis en évidence des phénomènes transitoires importants mettant à défaut les modèles stationnaires généralement pratiqués par les constructeurs pour qualifier le comportement de leurs véhicules en présence de dérapage. Les mécanismes responsables de ces phénomènes transitoires sont encore mal connus de la communauté scientifique. Ce travail propose d approfondir ce sujet au travers de l étude de l aérodynamique d un véhicule terrestre fixe soumis à un vent longitudinal et à une rafale de vent latéral. Le but principal est d identifier les structures tourbillonnaires au moyen de mesures PIV et de calculs numériques des champs de vitesse autour d une maquette automobile et de les corréler aux efforts aérodynamiques. Un accord entre l ISAT, composante de l Université de Bourgogne, et l Institut Supérieurde l Aéronautique et de l Espace (ISAE) de Toulouse a permis de mener l étude avec les ressources de cet établissement. Le moyen d essai principal, créé par l ISAE, est le banc rafale latérale , constitué d une soufflerie principale et d une soufflerie secondaire, dont la sortie à volet déferlants ( Mexican Wave ) est inspirée de l approche proposée par Ryan et Dominy (2000). L analyse expérimentale a été effectuée à l aide de la PIV résolue en temps et stéréoscopique, et d une balance dard instationnaire à cinq composantes. Un banc numérique identique a été constitué à l aide du logiciel FLUENT , pour des calculs 3D. De plus, un modèle 2D annexe, basé sur la méthode meshless , a été développé pour de futures investigations, en raison de sa robustesse pour des problèmes à fortes discontinuités et sa bonne adaptabilité aux problèmes avec frontières mobiles.Une première phase de ce travail a consisté en la mise au point des bancs expérimental et numérique, avec génération d un champ de dérapage homogène, de 21 dans la zone de mesure. L évolution du dérapage en chaque point respecte bien la forme d un créneau imposé par la rafale. Pour l analyse des efforts, deux géométries de maquette ont été étudiées, à savoir un corps de Windsor à culot droit générant, pour un écoulement longitudinal, des structures de sillage bidimensionnelles, et son homologue à culot incliné de 25, générant des tourbillons cigare . Des pics d efforts ont été observés à l arrivée de la rafale, tout comme la littérature le prédit. Pour ce qui est du coefficient du moment de lacet, les sursauts sont de 29 % et 19 % respectivement pour la maquette à culot droit et celle à culot incliné, par rapport aux valeurs stationnaires. Concernant le coefficient de force de dérive, ils sont de 10 % et 14 %, respectivement. Lors de nos essais, ces efforts se sont établis après 5.5 longueurs de maquette. Afin d expliquer la différence de comportement entre les deux maquettes en termes d efforts, l évolution temporelle des tourbillons nommés, dans ce mémoire, A, B, C et 1 à été discutée. Il en est ressorti une forte corrélation entre la circulation du tourbillon A, le plusénergétique, naissant à l avant du flanc sous le vent de la maquette, et les efforts latéraux, de sorte que ce tourbillon serait le meilleur témoin des phénomènes instationnaires mis en jeu dans l étude de l effet du vent latéral. [...]The automotive manufacturers are nowadays more and more interested in crosswind aerodynamics. Indeed, the driver is subjected every day to strong side air flows, for example when overtaking another vehicle or when passing through a lateral wind wall, generated by terrain topography (as in the case of the passage near the empty space between two buildings).The aerodynamic efforts generated in these situations can lead to undesired lateral deviations,which can be dramatic if the driver is surprised. Different experimental studies, reproducing the effects of a dynamic yaw angle, pointed out the issues of the steady methods, commonly used to qualify the vehicle crosswind behaviour. Little is still known about the physics behind these unsteady phenomena. This is the main topic of this work, by studying the aerodynamics of a fixed vehicle subjected to both a longitudinal flow and a side wind gust. The goal is the identification of the near-vehicle vortex structures, by means of PIV measurements and CFD calculations, and their correlation with the evolution of the efforts. An agreement between the ISAT, a department of the University of Burgundy, and the ISAE of Toulouse, permitted to carry out this research with the resources of the latter laboratory. The work focuses on the use of the rafale latérale (side gust) test bench, made up with a main wind tunnel connected with an auxiliary one by means of a shutter system,whose opening is held by a Mexican Wave law. This approach is inspired by the work of Dominy and Ryan (2000). The experimental analysis was carried out by means of Time-Resolved and stereoscopic PIV, and by a five components unsteady balance as well. Anidentical test bench was numerically reproduced with the 3D CFD software FLUENT .Moreover, an additional 2D CFD model, based on the meshless method, has been developed for future studies. This kind of approximation method has been chosen for its robustness innon-continuous problems and because of its adaptability when moving boundaries are needed.The first phase of this work consisted on wind tunnels set-up, both for the real test bench and for the CFD model. The yaw angle field is homogeneous, 21 in the measurement region. The yaw angle evolution, at given point, respects the step wise behaviour, imposed by the gust passage. As far as the efforts are concerned, two versions of the Windsor body car model were studied, that is a squareback geometry, generating, for longitudinal flows, 2D wakestructures, and a fastback geometry (rear window inclined by 25), producing cone-liketrailing vortices. Force overshoots were seen after the gust arrival, as seen in literature. In particular, the yaw moment coefficient overshoots are 29% and 19% higher than the steady yaw angle tests, for the squareback and the fastback geometries, respectively. If the side forceis concerned, the entities of these overshoots are 10% and 14%, respectively. Our testspointed out that efforts establish after the vehicle has driven 5.5 times its length in thecrosswind. In order to explain the different behaviour of the two geometries, it is discussed about the unsteady evolution of the vortices called, in this report, A, B, C et 1. A strong correlation between the side efforts and the circulation of the most energetic vortex, A,having its origin in the front leeward side of the vehicle. The A vortex is so the best index for the study of the crosswind unsteady phenomena. The coupled analysis between vortex structures and efforts confirmed the presence of a higher side force for the squareback geometry. The inverted effect has been observed for the yaw momentDIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Experimental and Numerical Validation of a Wind Gust Facility

The study of a vehicle moving through a lateral wind gust has always been a difficult task due to the difficulties in granting the right similitude. The facility proposed by Ryan and Dominy has been one of the best options to carry it out. In this approach, a double wind tunnel is used to send a lateral moving gust on a stationary model. Using this idea as a starting point, the ISAE has built a dedicated test bench for lateral wind studies on transient conditions. Experimental work has been carried out by means of time-resolved PIV, aiming at studying the unsteady interpenetration of the two flows coming from each wind tunnel. Meanwhile, a 3D CFD model based on URANS was set up, faithfully reproducing the double wind tunnel. Both the experimental and numerical results are compared, and the evolution of the reproduced wind gust is discussed. Conclusions are finally determined about the validity of this kind of test bench for ground vehicle applications

Trends in Atomization Theory

International audienc

Pronóstico adaptivo de huracanes

El presente trabajo está encaminado al pronóstico de trayectoria de huracanes: las características analizadas y pronosticadas son: duración, intensidad. alcance, ángulo de avance. Para el presente trabajo se tomó el Atlántico Norte desde los 5 ° hasta los 30° de latitud Norte y desde la Costa de Africa hasta la Costa de América. Esta zona del Atlántico Norte se subdividió en 70 subzonas de 5 grados de extensión por lado, para el análisis local de las características del huracán. El año fue a su vez subdividido en 15 periodos no isocrónicos de duración: siendo ahora la zona y el periodo las variables independientes en función de las cuales quedan expresadas las otras variables. El pronóstico se desarrolla usando polinomios ortogonales adaptivos programados y desarrollados en la Computadora 86700 de la UNAM. El pronóstico logrado de esta forma adquiere precisiones promedio de 20

Moteur thermique et enjeux du changement climatique

International audienceThermal engines have dominated sectors of economy, and particularly transportation. Their current development and state of the art are the results of XXth century priorities related to economy and environment. In the future, thermal engines will face the challenge of emerging technologies in the frame of sustainable mobility and development. After an analysis of functioning principles and perspectives of development, particularly of combustion engines, thermal engines are compared to other realistic scenarios for transports applications in well-to-wheel and life cycle analysis.Le moteur thermique domine certains secteurs économiques, notamment celui des transports. Son évolution et degré de développement sont liés aux contraintes socio-économiques et environnementales du XXe siècle, et doivent être mis en concurrence avec d’autres solutions et technologies dans les nouvelles perspectives de développement et mobilité durables. Après un examen des principes de fonctionnement et des perspectives de développement en cours et à venir, le moteur thermique, et notamment à combustion interne, est comparé aux autres scénarios réalistes pour une application dans les transports selon les approches de puits à la roue et de cycle de vie

Pronóstico estadístico del número total de tormentas por temporada para el Pacífico Oriental

EI uso de frecuencias acumuladas en lugar de frecuencias simples, permite el desarrollo de un proceso de pronóstico, mediante el análisis de la tendencia del número total de tormentas por temporada a cualesquiera de las etapas a que llegue a desarrollar la tormenta; el análisis es aplicado a los ciclones del Océano Pacífico, cerca de las costas mexicanas. El método utilizado tiene una precisión mínima promedio del 85 %