The diploma thesis is focused on the research of dynamics of selected heating surfaces behavior. The aim of the thesis is to determine the dynamics of heating and cooling and to determine the effect of these characteristics on energy consumption of the building. The project part deals with the design of a heating solution for a residential building in three variants. An Energetic simulation is made for the designed variants, that compares the consumption of thermal energy during one year. The next simulation research the dynamics of selected large-scale heating surfaces. For each construction, nonstationary models of heating up and cooling were made, which are compared in terms of the thermal inertia.

Numerical simulation is a scientific method used to describe characteristics of examined system by means of experiments on its mathematical model. This thesis uses this method to elucidate the processes taking place in two different systems. Firstly it deals with the design of air conditioning systems for buildings, focusing on the mixing chambers. It focuses on the formation of condensation of water vapor in mixing chambers under conditions where the final temperature of the mixture does not drop below the saturation curve. Second prepared topic falls within the field of thermodynamics applied in food production. In order to assess the sufficiency of air-cooling method examines the thermal field in the product and evaluates the application of air-cooling assembly line in practice.

This thesis is focused on the optimization of the catering service internal environment by air conditioning in Brno. This concept uses a forced ventilation system and air conditioning. The theoretical part addresses the proper air distribution in the catering operation. The experimental part involves the measurement of carbon dioxide, air velocity, relative humidity and air temperature and the temperature of the thermometer ball. Depending on the observed values a technical solution was created in variations and applied in the calculation program.

Une machine électrique utilisée pour un entraînement à vitesse variable est généralement alimentée par un convertisseur statique dont les composants électroniques de puissance commutent extrêmement rapidement. De ce fait, chaque enroulement statorique de la machine est soumis à des fronts raides de tension dont la répartition sur les différentes spires qui le constituent dépend notamment des capacités parasites entre spires ou entre spires et carcasse. Des zones locales de fort champ électrique apparaissent dans le bobinage conduisant souvent la création d'une activité de décharges partielles. Ce travail de thèse a pour but de fournir des informations quantifiées et précises quant aux risques encourus lorsque divers paramètres liés à l'alimentation de la machine et la topologie du bobinage varient permettant de contribuer à acquérir une expertise vis à vis des problèmes liés à l’apparition de décharges partielles au sein des bobinages, et à en déduire des règles de conception. / Electrical machine used in variable speed drives are usually fed by a converter using fast switching power electronics devices. Thus, each stator winding of the machine is subjected to steep-fronted voltage pulses whose distribution over its various turns depends on the parasitic capacitances between turns or between turns and slot walls. Therefore, local areas of high electric field appear within the coil, often resulting in partial discharges activity. This thesis aims to provide accurate and quantified information regarding partial discharge inception when various parameters related to the machine power supply and winding topology so as to help develop expertise with respect to problems related to partial discharges, as well as to deduce machine design rules in this regard.

Cette recherche vise, dans un premier temps, à améliorer la connaissance du fonctionnement de l’aquifère du Rhin Supérieur entre Bâle et Lauterbourg, sur une période de temps présent (janvier 1986 à décembre 2002), puis, dans un deuxième temps, à évaluer l’impact du changement climatique sur l’aquifère. Pour obtenir ces résultats, nous avons utilisé le modèle hydrogéologique HPP-INV (Chardigny, 1997) pour le calage de différents paramètres par méthode inverse, pour évaluer le fonctionnement de l’aquifère du Rhin Supérieur en temps présent. Ce modèle, associé à un modèle hydrologique que nous avons développé pour l’occasion, nous a permis de calculer les évolutions piézométriques et de débits dans les rivières pour les 2 horizons futurs par rapport la période de temps présent. Nous avons d’abord caractérisé l’aquifère et défini son fonctionnement. Au niveau de la hauteur piézométrique et du débit dans les rivières de plaine, nous avons identifié le mois de février comme le mois des hautes eaux et le mois de septembre comme celui des basses eaux. A l’inverse, le Rhin suit un régime nivo-glaciaire, soit une période d’étiage en hiver et une période de pointe durant l’été. Nous avons également mis en évidence l’importance des échanges nappe-rivières dans le fonctionnement de l’aquifère, qui représentent 59 % du débit entrant et 87 % du débit sortant par rapport à la nappe phréatique. L’impact du changement climatique sur l’aquifère est ensuite étudié selon 3 scénarios d’émission de gaz à effet de serre développés par le GIEC (Groupement d’experts Intergouvernementaux sur l’Evolution du Climat) : un scénario optimiste, un scénario pessimiste et un scénario intermédiaire. Ces 3 scénarios d’émissions de gaz à effet de serre ont permis la création de 9 scénarios météorologiques, utilisés pour les prévisions sur 2 horizons futurs par rapport au temps présent (août 1961 à juillet 2000) : un futur proche (août 2046 à juillet 2065) et un futur lointain (août 2081 à juillet 2098). Nous avons déterminé que pour la période de futur proche, l’évolution piézométrique calculée dépend du scénario météorologique. En effet, certains scénarios prévoient un abaissement non significatif du niveau de la nappe, alors que d’autres prévoient une élévation. Enfin, un dernier prévoit une élévation du niveau de la nappe dans sa moitié Sud et un abaissement dans sa moitié Nord. Pour la période de futur lointain, certaines prévisions présentent un abaissement du niveau de la nappe, plus important pour le scénario climatique le plus pessimiste. Les autres scénarios présentent une élévation globale du niveau de la nappe, très variable selon le scénario météorologique.Concernant le débit dans les rivières, tous les scénarios prévoient la même tendance pour les 2 horizons futurs. Le Rhin présente une diminution du débit estival, soit son débit de pointe, et une augmentation de son débit hivernal, soit son débit d’étiage ; ce phénomène, plus important pour la période de futur lointain que pour la période de futur proche, montre une modification du régime du Rhin vers un régime pluvio-nival. Pour les autres rivières, nous avons observé une diminution du débit d’étiage et une augmentation du débit de pointe, plus importantes pour la période de futur lointain (entre -46% et -8% pour le débit d’étiage, et entre +32% et +94% pour le débit de pointe) que pour la période de futur proche (entre -42% et -6% pour le débit d’étiage, entre +0% et +102% pour le débit de pointe). / This research aims to, firstly, improve the understanding of the functioning of Upper Rhine aquifer between Basel and Lauterbourg during present time (January 1986-December 2002) and, secondly, assess the impact of climate change on the aquifer. To obtain these results, we used the hydrogeological model HPP- INV (Chardigny, 1997) for different parameters calibration by inverse method, to assess the functioning of the Upper Rhine aquifer in present time. Combining this model with a hydrological model that we developed for the occasion, we could calculate changes of piezometric level and flows in rivers for two future horizons of this report time period. We first characterized the aquifer and defined its operation. At the pressure head and flow in lowland rivers, we identified the month of February as the month of high water and September as the low water month. On the opposite the Rhine follows a snow and ice regime, a period of low water in winter and a peak during summer. We also highlighted the importance of exchange water table/river in the functioning of the aquifer, which represent 59% of the inflow and 87% of the outflow compared to the groundwater. The impact of climate change on the aquifer is then studied through three scenarios of greenhouse gas emissions developed by the IPCC (the Intergovernmental Panel on Climate Change): an optimistic scenario, a pessimistic scenario and an intermediate scenario. These three scenarios led to the creation of nine weather scenarios used to forecast 2 future horizons compared to the present time (August 1961-July 2000) : a near future (August 2046 to July 2065) and distant future (August 2081-July 2098). We determined that for the period of the near future, the calculated piezometric evolution depends on the weather scenario. In fact, some scenarios predict an insignificant lowering of the water, while others predict a rise. Finally, one foresees a raise of the water level in its southern half and a reduction in its northern half. For the distant future, some forecasts show a lowering of the water, the most important diminution for the pessimistic climate scenario. Other scenarios show an overall rise of the water level, variable depending on the weather scenario. Concerning the rivers flows, all scenarios predict the same trend for the two future horizons. The Rhine has a reduced summer flow - its peak flow - and an increase in winter flows - its low flow. This phenomenon, more important for the distant future compared to the near future, shows a shift of the Rhine regime to a snow and rain regime. For other rivers, we observed a decrease in low flows and an increase of the peak flow, more important for the distant future period (between -46% and -8% for low flows, and between +32% and +94% for the peak flow) than the near future

Le bassin profond du Bas-Congo est une marge passive affectée par une forte déformation salifère. Elle présente des sorties naturelles d'hydrocarbures lourds qui ont des impacts majeurs sociétaux, biologique, écologique et économique. L'objectif de ce travail est de comprendre les modes de fonctionnement de ces systèmes, depuis la mobilisation des hydrocarbures dans les sédiments, jusqu'à l'exutoire en fond de mer, puis en surface mer. Cette étude combine des analyses de données issues de l’imagerie spatiale, de l’océanographie, de la géochimie et de la géophysique marine afin d'obtenir à une vision intégrée multi-échelle des zones d’expulsion naturelles d'hydrocarbures dans le bassin profond du Bas-Congo. L'analyse de données issues de l'imagerie spatiale montre qu'une centaine de sites sont actifs dans la zone d'étude. Un volume de 4400 m3 d’hydrocarbures est naturellement émis par an. L'intégration des données de courantométrie permet de relier les nappes d'hydrocarbures visibles à la surface de la mer avec les structures fond de mer. Celles-ci correspondent à des chapelets de dépressions localisés sur le pourtour des diapirs de sel et à des regroupements de monticules composés d'asphaltes en périphérie. Dans les sédiments, les anomalies géophysiques caractéristiques correspondent à des cheminées verticales, délimitées par le bas par le réflecteur sismique associé à la base de stabilité des hydrates de gaz. La correspondance spatiale de ces différents critères a permis d'inventorier les sites potentiellement actifs sur les données géophysiques. Seulement 40% de ces sites sont associés à des nappes d'hydrocarbures récurrentes à la surface de la mer. / The Lower Congo Basin is a passive margin, affected by strong salt tectonics. Natural escapes of heavy hydrocarbons observed in the area have major impacts on the society, ecology, biology, and the economy. The aim of this work is to understand the mechanisms of these systems, from the mobilisation in the sediments towards the seafloor outlets and subsequently towards the sea surface. This study combines data analysis from spatial imagery, oceanography, geochemistry and marine geophysics in order to get a multi-scale integrated vision of the natural seepage situation in the Lower Congo Basin. The analysis of spatial imagery data shows that in the study area, the hundred active seeps sites expel a hydrocarbons volume of 4400 m3 per year, following an intermittent mechanism with miscellaneous frequencies from one site to another. We connected visible hydrocarbon slicks at the sea surface with seabed structures by integrating current measurements across the water column. Seafloor structures correspond to clustered pockmarks of high seismic amplitude located at the rim of salt diapirs and to clusters of mounds composed of highly degraded oil outwards. In sediments, geophysical anomalies form vertical chimneys, delimited by the seismic reflector associated with the base of gas hydrates stability downwards. The spatial correspondence of geophysical criteria enabled to inventory the potentially active sites on the geophysical data. Only 40% of these sites are associated with recurring oil slicks at the sea surface.

L’excavation d’un tunnel profond dans des terrains poussants pose des difficultés particulières de conception et d’exécution. Ce type de terrain est caractérisé par des fortes convergences en paroi du tunnel de nature différée et souvent anisotrope. Le comportement d’un tunnel excavé en terrain poussant est très influencé par la technique d’excavation utilisée. Le cas d’étude du tunnel routier du Fréjus et de sa galerie de sécurité permet d’illustrer ce phénomène. Il s’agit de deux tunnels parallèles qui montrent une configuration très intéressante étant donné qu’ils traversent des conditions géotechniques similaires et qu’ils sont creusés avec des techniques d’excavation différentes : le tunnel routier a été creusé par méthode conventionnelle à l’explosif tandis que la galerie de sécurité a été creusée avec un tunnelier à bouclier simple. Les mesures d’auscultation réalisées pendant l’excavation des deux tunnels ont été analysées et comparées. Des modélisations numériques pour simuler la réponse des deux tunnels ont été développées avec le logiciel Flac3D. Le comportement du terrain est simulé avec un modèle visco-elasto-plastique et anisotrope. L’anisotropie liée à la schistosité du terrain est introduite dans le modèle par la présence de plans de faiblesse d’orientation donnée (ubiquitous joint model) insérés dans une matrice rocheuse caractérisée par un comportement visco-elasto-plastique isotrope. Une rétro-analyse a été réalisée sur les mesures de convergence obtenues lors du creusement du tunnel routier du Fréjus. Le comportement du terrain identifié dans le tunnel routier est ensuite extrapolé pour prédire la réponse de la galerie de sécurité. L’objectif est de reproduire l’état des contraintes observé dans les voussoirs de la galerie de sécurité et d’extrapoler les sollicitations à long terme. L’influence que la technique d’excavation, en particulier sur le comportement différé du terrain a été prise en compte dans les simulations numériques. On a mis en évidence que les déformations différées du terrain sont réduites lorsque l’excavation est réalisée au tunnelier.Par ailleurs, une synthèse critique de la méthode convergence-confinement et de ses variantes a été réalisée. Une discussion a été menée sur l’applicabilité des méthodes convergence-confinent quand elles sont utilisées pour le dimensionnement des tunnels circulaires excavés en section pleine avec l’installation d’un soutènement raide près du front d’excavation comme c’est le cas lors d’une excavation au tunnelier. Dans ce contexte, un ensemble de formules empiriques sont proposées. Elles permettent d’obtenir avec une bonne précision l’état d’équilibre entre le terrain et le soutènement et peuvent être utilisées dans la phase de pré-dimensionnement des ouvrages / During the excavation of deep tunnels, squeezing ground conditions are often encountered. The squeezing behavior of the ground is characterized by large time-dependent and usually anisotropic convergences that take place at the tunnel wall. The technique of excavation has a strong influence on the tunnel response when it is excavated under squeezing conditions. This phenomenon is illustrated throughout the case study of the Fréjus road tunnel excavated with conventional drill and blast methods and of its safety gallery excavated with a single shield tunneling boring machine. They exhibit a very interesting configuration of two tunnels excavated in parallel under the same geotechnical conditions but with different excavation techniques. Monitored geotechnical data from both tunnels are analyzed and compared. Numerical simulations of both tunnels have been carried out with Flac3D. An anisotropic creep model which includes weakness planes of given orientation embedded in a visco-elasto-plastic matrix has been used for describing the behavior of the ground. A back-analysis of convergence measurements of the Fréjus road tunnel has been carried out. The behavior of the ground identified from the Fréjus road tunnel is extrapolated to predict the response of the Fréjus safety gallery in terms of the stress state in the lining. The influence of the technique of excavation on the time-dependent parameters of the ground is taken into account in the computations and its effects are discussed. It is shown that the long term ground deformation are significantly reduced with TBM excavation as compared to traditional blast and drill method.Furthermore, the convergence-confinement methods are reviewed and their applicability is discussed when they are applied to full face circular tunnels excavated in rock masses with a stiff support system near the face. In this context, a set of empirical formula are proposed which allows to accurately predict the equilibrium state between the ground and the lining in circular tunnels excavated in full section. These formula are useful in the preliminary phase of tunnel design

Auf mikromechanischer Ebene stellen Salzgesteine ein Diskontinuum aus unregelmäßig geformten Salzkristallen dar, die entlang ihrer Korngrenzen miteinander wechselwirken. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Modellierungsansatz für Salzgesteine basierend auf der diskontinuumsmechanischen Berechnungsmethode unter Verwendung von Voronoi-Triangulationen entwickelt und validiert, wobei die Grundidee darin bestand, dass diese Korngrenzen als intrinsisches Schwächeflächennetzwerk wirken und dabei die hauptsächlichen Träger der Schädigungsentwicklung im Festkörper sind. Neben mechanischen Beanspruchungen können diese auch durch hydraulichen Druck geöffnet werden und somit als potentiellen Fließwege für eindringende Fluide agieren, weshalb dieser Ansatz insbesondere für die Bewertung der Integrität von Salinarbarrieren im konventionellen Salzbergbau, bei der Kavernenspeicherung und Endlagerung in Salzformationen geeignet ist. Erstmalig wurde darüber hinaus ein phänomenologisches Verheilungsmodell entwickelt und implementiert, dass den zeitabhängigen Wiederaufbau kohäsiver Kräfte auf Korngrenzen unter Druckbelastung abbildet. Der vorgestellte Ansatz wurde durch die Nachrechnung zahlreicher experimenteller Versuche bezüglich seiner hydro-mechanischen Plausibilität und Leistungsfähigkeit validiert. Daraufhin wurden praktische Anwendungen untersucht, in denen mit zunehmender Komplexität die Kopplung mechanischer, hydraulischer und thermischer Effekte modelliert wurde.

Magmatic processes are major agents responsible for the formation and differentiation of the Earth's crust. In contrast to extensive efforts to improve understanding and utility of igneous geochemistry, physical processes of magma differentiation and solidification remain largely unclear. Large variability of igneous textures provides record of these processes and intensive parameters governing the crystallization. In this thesis, we develop quantitative methods, which allow us to better interpret igneous textures in the framework of physics of solidification. We have developed a new three-dimensional model of crystallization from one- component melt driven by homogeneous and heterogeneous nucleation and crystal growth. The predicted textures are quantitatively characterized by crystal size distributions, spatial distribution functions and parameters representing grain contact relationships. The model employs high resolution in a large volume simulation domain in order to produce statistically stable results. Our simulations, performed for various functional forms of nucleation and growth rates with respect to time, imply that (i) crystals are ordered (anti-clustered) on short length scales. This reflects that other crystals already have a finite size at the time of nucleation of younger crystal,...

Additive manufacturing (AM), also known as 3D-printing, has made it possible to produce components made of bulk metallic glass (BMG) which have remarkable properties compared to parts made of conventional alloys. A metallic glass is a metastable noncrystalline alloy that form if a melt is quenched with a sufficient cooling rate. Research on systems with low critical cooling rates have made the maximum dimensions of these alloys to grow to what is called BMG's. The high local cooling rate obtained during AM makes it in principle possible to bypass the dimension restrictions that otherwise have been present when creating these alloys but the procedure is complex. It is believed that oxygen impurities in the powder feedstock material used during AM of Zr-based alloys makes it favourable for nucleation of stable crystalline phases at lower activation energies which hinders fully glass features to develop. The purpose of this thesis is to investigate how the limiting solute concentration in the bulk of the AM produced alloy AMZ4 (Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5(at\%)) impact the nucleation. Using a numerical model based on classical nucleation theory (CNT) that couples the interfacial and long range fluxes makes it possible to study how impurities impact the nucleation event. However, missing oxygen dependent data makes this a study on how limiting solute impact the nucleation in AMZ4. The numerical model is validated against earlier work and the results obtained from the simulations on AMZ4 shows a strong connection between the nucleation event and the limiting solute concentration. Further investigations on phase separation energies and the production of concentration dependent time-temperature-transformation (TTT) diagrams are needed to fully describe the connection to oxygen concentration. Nevertheless, the implemented model captures important features that the classical model cannot describe which needs to be taken into account when describing the nucleation in AMZ4. / Friformsframställning (eng. additive manufacturing (AM)), också känt som 3D-printing, har gjort det möjligt att producera komponenter gjorda av bulkmetallglas (eng. bulk metallic glass (BMG)) vilka har anmärkningsvärda egenskaper jämfört med delar gjord av konventionella legeringar. Ett metalliskt glas är en metastabil icke kristallin legering som skapas om en smälta släcks med en tillräcklig kylhastighet. Forsking på system med låga kritiska kylhastigheter har gjort att de maximala dimensionerna av dessa legeringar har ökat till vad som kallas BMG's. Den höga lokala kylhastigheten som erhålls under AM gör att  dimensionsrestriktionerna principiellt kan kringgås vilka annars är närvarande vid skapandet dessa legeringar men proceduren är komplex. Det är trott att orenheter av syre i pulver-råvarumaterialet som används vid AM av Zr-baserade legeringar gör det fördelaktigt för kärnbildning av stabila kristallina faser vid lägre aktiveringsenergier vilket hindrar fulla glas egenskaper från att utvecklas. Syftet med denna uppsats är att undersöka hur den begränsande lösningen påverkar kärnbildningsförloppet i den AM producerade legeringen AMZ4 (Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5(at\%)). En numerisk modell baserad  på klassisk kärnbildningsteori (eng. classical nucleation theory (CNT)) som kopplar gränsskikt- och långdistans-flödet gör det möjligt att studera hur orenheter påverkar kärnbildningsförloppet. Syreberoende data gör dock detta till en studie om hur den begränsande lösningen påverkar kärnbildningen i AMZ4. Den numeriska modellen valideras mot tidigare arbeten och resultaten från simuleringarna av AMZ4 visar ett starkt samband mellan kärnbildningsförloppet och den begränsade lösningskoncentrationen. Vidare studier rörande fas-separeringsenergier och framställningen av koncentrationsberoende tid-temperature-transformation (eng. time-temperature-transformation (TTT)) diagram behövs för att till fullo beskriva kopplingen till syrekoncentrationen. Den implementerade modellen fångar dock viktiga egenskaper som den klassiska modellen inte kan beskriva vilka måste tas hänsyn till när kärnbildning i AMZ4 ska beskrivas.