<p>This licentiate thesis highlights some topics on modular modelling for dynamical simulation with application to fluid systems. The results are based on experience from the development of the fuel cell component simulation environment NFCCPP. The general application is cross-enterprise simulation of technical systems. There are four main topics: component definition including selection of interfaces, lumped modelling of fluid components, the use of dynamical equations to reduce simulation time in large systems and methods of to protect the intellectual property (IP) of a component.</p><p>An overview of different dynamical fluid simulation tools such as HOPSAN, MATLAB/Simulink and Easy5 is presented. Special focus is on interfaces, where different approaches for representing interfaces are presented using an illustrative example. Selecting interfaces is however not a separated task from how to set up and solve the underlying equations, which also is shown. Equations to model a lumped component are derived, to get a mathematical background to what problems there are to solve. These equations are derived especially to be applicable in block model software simulation tools such as MATLAB/Simulink. The equations are also compared with the bond-graph approach of representing dynamical systems. A twinscrew compressor is modelled in MATLAB/Simulink as an implementation of these equations. A method to decrease the simulation time in dynamical fluid system is also presented. The technique is to add virtual mass in the force equation to get a slower acceleration of the fluid. Using this slower response, it is possible to use larger time-steps when integrating the equations and thus the total simulation time can be reduced. The error introduced using this method is a modelling error in the time domain, and it is comparable with using unit transmission lines (UTL:s), as does HOPSAN.</p><p>The protection of the intellectual property (IP) of a component model is presented. The concept of clamping is thoroughly explained, as it often is overlooked in conventional IPprotection. Three concepts for code protection are presented: “Centralised simulation with remote user control”, “Localised simulation with simulation-time model usage control” and “Parallel distributed simulation”. The NFCCPP implementation of the concept “Localised simulation with simulation-time model usage control” is presented in more detail.</p>

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Background: Ureteral herniations are a rare occurrence, generally found incidentally on cross sectional imaging or during surgical intervention for unrelated processes. Several locations of ureteral herniations can occur including the inguinal, femoral, sciatic, obturator, and thoracic regions. While few reports of ureteral hernias are reported in the literature overall, the vast majority of those reported are inguinoscrotal herniations found during evaluation and treatment of inguinal hernias. Pelvic outlet ureteral herniations intrinsically are more common secondary to their dependent locations. Intrathoracic ureteral herniations through diaphragmatic defects are an exceptionally rare subset of ureteral herniations and have only been described sparingly. Fewer than ten case reports of diaphramatic ureteral herniations have been reported and none have described both cystoscopic management and open reconstruction. Case presentation: We report the case of a 81 year old female with flank pain who was found to have idiopathic diaphragmatic hernia with incarcerated proximal ureter. She had no prior injury or surgery that explained her clinical presentation. She was initially observed and then managed conservatively with ureteral stent exchanges. Ultimately she underwent open surgical repair of her diaphragmatic hernia, reduction, resection and anastomosis of redundant proximal incarcerated ureteral segment, and nephropexy for a hypermobile right renal unit. This case report illustrates the pre-and post-operative imaging studies of a very rare intrathoracic ureteral herniation as well as surgical approach to repair. Conclusion: A herniated ureter is a potential source of serious renal and ureteral complications. The thoracic herniation of ureter is the rarest of the ureteral herniations. When discovered, they should be managed to preserve renal function and prevent strangulation of the affected segment of ureter. This case report documents the treatment of a thoracic ureteral herniation with observation, conservative endoscopic management, and finally open surgical reconstruction.

Le but de ce travail est l'étude d'un problème de transmission en dynamique de population entre deux habitats juxtaposés. Dans chacun des habitats, on considère une équation aux dérivées partielles, modélisant la dispersion généralisée, formée par une combinaison linéaire du laplacien et du bilaplacien. On commence d'abord par étudier et résoudre la même équation avec diverses conditions aux limites posée dans un seul habitat. Cette étude est effectuée grâce à une formulation opérationnelle du problème: on réécrit cette EDP sous forme d'équation différentielle, posée dans un espace de Banach construit sur les espaces Lp avec 1 < p < +∞, où les coefficients sont des opérateurs linéaires non bornés. Grâce au calcul fonctionnel, à la théorie des semi-groupes analytiques et à la théorie de l'interpolation, on obtient des résultats optimaux d'existence, d'unicité et de régularité maximale de la solution classique si et seulement si les données sont dans certains espaces d'interpolation. / The aim of this work is the study of a transmission problem in population dynamics between two juxtaposed habitats. In each habitat, we consider a partial differential equation, modeling the generalized dispersion, made up of a linear combination of Laplacian and Bilaplacian operators. We begin by studying and solving the same equation with various boundary conditions in a single habitat. This study is carried out using an operational formulation of the problem: we rewrite this PDE as a differential equation, set in a Banach space built on the spaces Lp with 1 < p < +∞, where the coefficients are unbounded linear operators. Thanks to functional calculus, analytic semigroup theory and interpolation theory, we obtain optimal results of existence, uniqueness and maximum regularity of the classical solution if and only if the data are in some interpolation spaces.

Die Relaxation in der Variationsrechnung führt zu Minimierungsaufgaben mit einer quasi-konvexen Energiedichte. In der nichtlinearen Elastizität, Topologieoptimierung, oder bei Mehrphasenmodellen sind solche Energiedichten konvex mit einer zusätzlichen Kontrolle in der dualen Variablen und einem beidseitigem Wachstum der Ordnung $p$. Diese Minimierungsprobleme haben im Allgemeinen mehrere Lösungen, welche dennoch eine eindeutige Spannung $\sigma$ definieren. Die Approximation mit der „hybrid high-order“ (HHO) Methode benutzt eine Rekonstruktion des Gradienten in dem Raum der stückweisen Raviart-Thomas Finiten Elemente ohne Stabilisierung auf einer Triangulierung in Simplexen. Die Anwendung dieser Methode auf die Klasse der degenerierten, konvexen Minimierungsprobleme liefert eine eindeutig bestimmte, $H(\div)$ konforme Approximation $\sigma_h$ der Spannung. Die a priori Abschätzungen in dieser Arbeit gelten für gemischten Randbedingungen ohne weitere Voraussetzung an der primalen Variablen und erlauben es, Konvergenzraten bei glatten Lösungen vorherzusagen. Die a posteriori Analysis führt auf garantierte obere Fehlerschranken, eine berechenbare untere Energieschranke, sowie einen konvergenten adaptiven Algorithmus. Die numerischen Beispiele zeigen höhere Konvergenzraten mit zunehmenden Polynomgrad und bestätigen empirisch die superlineare Konvergenz der unteren Energieschranke. Obwohl der Fokus dieser Arbeit auf die nicht stabilisierte HHO Methode liegt, wird eine detaillierte Fehleranalysis für die stabilisierte Version mit einer Gradientenrekonstruktion im Raum der stückweisen Polynome präsentiert. / The relaxation procedure in the calculus of variations leads to minimization problems with a quasi-convex energy density. In some problems of nonlinear elasticity, topology optimization, and multiphase models, the energy density is convex with some convexity control plus two-sided $p$-growth. The minimizers may be non-unique in the primal variable, but define a unique stress variable $\sigma$. The approximation by hybrid high-order (HHO) methods utilizes a reconstruction of the gradients in the space of piecewise Raviart-Thomas finite element functions without stabilization on a regular triangulation into simplices. The application of the HHO methodology to this class of degenerate convex minimization problems allows for a unique $H(\div)$ conform stress approximation $\sigma_h$. The a priori estimates for the stress error $\sigma - \sigma_h$ in the Lebesgue norm are established for mixed boundary conditions without additional assumptions on the primal variable and lead to convergence rates for smooth solutions. The a posteriori analysis provides guaranteed error control, including a computable lower energy bound, and a convergent adaptive scheme. Numerical benchmarks display higher convergence rates for higher polynomial degrees and provide empirical evidence for the superlinear convergence of the lower energy bound. Although the focus is on the unstabilized HHO method, a detailed error analysis is provided for the stabilized version with a gradient reconstruction in the space of piecewise polynomials.

Cette étude a pour cadre l'analyse de mouvements fluides dans des séquences d'images et s'articule autour de deux axes. Nous traitons en premier lieu le problème de l'estimation du mouvement. Dans un contexte d'imagerie fluide, la luminance des images fait parfois apparaître de fortes distorsions spatiales et temporelles, rendant délicate l'utilisation de techniques standard issues de la Vision par Ordinateur, originalement conçues pour des mouvements rigides et reposant sur une hypothèse d'invariance de la fonction de luminance. Nous proposons un estimateur de mouvement modélisé au moyen d'une formulation énergétique et spécialement dédié à l'estimation du mouvement fluide. La fonctionnelle considérée est composée d'un terme d'attache aux données original issu de l'équation de continuité de la mécanique des fluides. Ce nouveau modèle de données, spécifié pour être aisément intégré dans un schéma multirésolution, est associé à une régularisation de type ``div-curl''. Les performances de cet estimateur sont expérimentalement démontrées sur des images synthétiques et réelles météorologiques. Une validation de la méthode sur un écoulement expérimental représentant une ``couche de mélange'' est par ailleurs présentée. L'intérêt de l'étude est en second lieu porté sur l'analyse d'un champ de déplacement préalablement estimé, relatif à un mouvement fluide. Nous proposons une méthode visant à extraire les vortex et puits/sources de l'écoulement en s'appuyant sur le modèle de Rankine. Ce problème est essentiel dans de nombreuses applications comme par exemple la détection d'importants événements météorologiques (dépressions, cellules convectives, ...) ou la caractérisation d'écoulements expérimentaux. La connaissance de telles structures autorise par ailleurs une représentation paramétrique de l'écoulement. La méthode que nous proposons s'appuie sur une représentation analytique du champ des vitesses e permet d'extraire d'autres informations pertinentes relatives à l'écoulement (fonctions de potentiels, décomposition selon Helmholtz de l'écoulement, points singuliers, ...). L'approche présentée sera expérimentalement étudiée sur des écoulement représentant divers phénomènes physiques.

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