Th. 3e cycle--Méc. Besançon, 1979. N°: 134.

Ce projet présente l’étude expérimentale de l’écoulement à la sortie du diffuseur d’une turbine de type bulbe. La technique de mesure d’anémométrie laser à effet Doppler (LDV) a été utilisée pour les trois montages expérimentaux, situés au-dessus et sur les deux côtés du diffuseur pour obtenir les trois composantes de vitesse. Une importante chute de rendement a été mesurée dans un modèle réduit d’une turbine de type bulbe opérant à forte charge. Des études précédentes ont relié la chute de performance avec les pertes du diffuseur, et en particulier avec la zone de séparation de l'écoulement aux parois du diffuseur. Dans la présente étude, l'écoulement a été étudié à la sortie de la trompette de la turbine, qui est une section du diffuseur qui permet de passer d'une section circulaire à une section rectangulaire. La turbine a été étudiée pour cinq conditions d'opération, qui représentent les différents phénomènes de l'écoulement à la sortie du diffuseur. En plus du champ de vitesse, l'analyse a été effectuée pour le coefficient d’intermittence de la vitesse débitante et pour la composante de la vorticité autour l’axe axial Z. Les résultats révèlent une zone contrarotative dans le diffuseur, qui s'intensifie avec l'ouverture des directrices. L'ouverture des directrices induit une modification aux phénomènes hydrauliques : à partir d'une recirculation de l'écoulement dans la zone centrale pour la condition d'opération à plus faible charge, vers un écoulement de retour induit par la séparation de l'écoulement aux parois pour les conditions d'opérations à forte charge. / This project presents the experimental study of the flow at the diffuser outlet of a bulb turbine. Measurements by laser Doppler velocimetry (LDV) were performed on three experimentals setups located above and on two sides of the diffuser to obtain the three velocity components. An important drop in turbine performances has been measured in a bulb turbine model operated at overload. Previous investigations have correlated the performance drop with diffuser losses, and particularly to the flow separation zone at the diffuser wall. In the present study, the flow has been investigated at the exit of the turbine, which is a diffuser section that transforms from a circular to a rectangular section. The turbine has been operated at five operating points, which are representative of different flow patterns at the diffuser exit. In addition to the average velocity field, the analysis has been conducted based on a backflow occurrence function and on the vorticity level. Results reveal a counter-rotating zone in the diffuser, which intensifies with the guide vanes opening. The guide vanes opening induces a modification of the flow phenomena: from a central backflow recirculation zone at the lowest flowrate to a backflow zone induced by flow separation at the wall at the highest flowrate.

Thèse doctorat : Mécanique : Villeurbanne, INSA : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 165-175.

Le speckle laser est un effet d'interférence longtemps considéré comme néfaste lors de l'utilisation de sources de lumière cohérente. Cependant, pour certaines applications, cet effet peut être bénéfique et utilisé comme source d'information. C’est le cas du domaine biomédical.Ainsi, le speckle laser est utilisé depuis des décennies pour la surveillance du flux sanguin microvasculaire. Il commence à être considéré aussi pour l'extraction de paramètres de la macrocirculation sanguine. Ce travail vise donc tout d’abord à démontrer que le speckle laser permet d'évaluer les paramètres hémodynamiques de la macrocirculation avec fiabilité et à partir d’une technique identique à celle employée dans l’étude de la microcirculation. Ceci conduira à une intégration rapide du dispositif dans les instruments existants. Par ailleurs, l'un des problèmes les plus importants du speckle laser,empêchant l’obtention d’une analyse totalement quantitative, est l'effet des diffuseurs statiques. Ce type de diffuseurs influence fortement le contraste de speckle, conduisant à une mauvaise interprétation des données. Le second objectif de ce travail est donc d'étudier l'effet des diffuseurs statiques sur la corrélation et le contraste du speckle laser. Nos résultats montrent tout d’abord que le speckle laser est un phénomène intéressant pour extraire les paramètres hémodynamiques de la macrocirculation. Par ailleurs, nos études révèlent que le calcul de la corrélation du speckle laser permet d'estimer le rapport entre diffuseurs statiques / dynamiques avec une bonne fiabilité. En outre, le contraste temporel permet de déterminer les diffuseurs dynamiques possédant des vitesses différentes. / The laser speckle is an interference effect that has been considered as a main drawback in the use of coherent light sources. However, for a specific set of applications, this effect can become a source of information. Among these applications there are the biomedical ones. The laser speckle has been used for decades to monitor microvascular blood flow but only now starts to be considered as a method that can also be used for macrocirculation parameters extraction. This work first aims at demonstrating that laser speckle can be used for macrocirculation assessment with good reliability, using the same technique as the one employed in microcirculation assessment. The use of the same methods could lead to a rapid inclusion of this new evaluation in the existing devices. Furthermore, one of the most important laser speckle issues, that prevents a fully quantitative analysis, is the effect of static scatterers. This type of scatterers strongly influences the speckle contrast, leading to a wrong interpretation of the data. The second objective of this work is to study the effect of statics catterers on the laser speckle correlation and contrast. Our results show that the laser speckle is an interesting phenomenon to extract hemodynamic parameters in the macrocirculation. This work also demonstrates that the laser speckle correlation is able to estimate the ratio between static/dynamic scatterers with good reliability. Moreover, the temporal speckle contrast achieved a very good performance in discerning dynamic scatterers with different velocities.

Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2023) / Ce mémoire vise à identifier et caractériser les phénomènes d'écoulement dans le cône de la turbine modèle à moyenne chute opérée en marche à vide à la vitesse de synchronisation et installée au laboratoire Heki de l'Université Laval. Avec peu de recherches réalisées sur le régime en marche à vide et des machines fonctionnant de plus en plus dans ce régime, le mémoire aidera l'industrie à comprendre par quels mécanismes la machine est endommagée par le régime en marche à vide. Les mesures expérimentales ont utilisé la vélocimétrie par image de particules stéréoscopique dans un plan radial-axial du diffuseur conique. Les mesures étaient calées sur la position de la roue de turbine de façon verrouillé en phase). Cette méthode de mesure a été appliquée à deux hauteurs dans le diffuseur conique pour couvrir la majeure partie de sa hauteur. Les phases mesurées sont équidistantes d'un intervalle de 6° et couvrent 360°. Pour la section de mesure supérieure, une résolution plus fine de 3° a été utilisée entre les phases 300° et 360°. La structure d'écoulement globale discutée dans la littérature s'est avérée présente dans le modèle étudié et a été mis en évidence. Un débit à haute vitesse avec une grande vitesse tangentielle et axiale a été mesurée près de la paroi interne du cône. Une zone de recirculation avec des vitesses beaucoup plus faibles a été mesurée au centre du diffuseur. La couche de cisaillement mentionnée par quelques auteurs a été caractérisée par le calcul des composantes de cisaillement. L'écoulement s'est avéré ne pas être axisymétrique. Des traces de tourbillons inter-aubes dans le diffuseur conique ont été trouvées dans les mesures à moyenne de phase, comme cela avait été prédit par les simulations numériques. / This thesis aims to characterize the flow and identify flow phenomena in the draft tube of the Tr-Francis medium head model turbine operated at speed-no load and installed at the Heki laboratory at Laval University. With little research accomplished on the speed no-load regime and machines being operated increasingly in this regime, the thesis will help the industry understand by what mechanisms the machine is damaged by the no load regime. The experiments used stereoscopic particle image velocimetry in one radial-axial plane of the conical diffuser. The measurements were locked on the position of the turbine runner (phase-locked). This measurement method was applied at two heights in the conical diffuser to cover most of its height. The measured phases are equally spaced at an interval of 6° and cover 360°. For the upper measurement section, a finer resolution of 3° was used between phases 300° and 360°. The global flow structure discussed in the literature was found to be present in the studied model. A high velocity throughflow with a large tangential and axial velocity was measured near the diffuser's inner wall. A recirculation zone with much lower velocities was measured at the center of the diffuser. The shear layer mentioned by a few authors was characterised by calculating shear strain components. The flow was found not to be axisymmetric. Traces of inter-blade vortices in the draft tube were found in the phase-averaged measurements as was predicted by the numerical simulations.

L’essor considérable de la RFID s’accompagne actuellement par le développement de nombreuses technologies qui viennent compléter l’offre déjà présente tout en cherchant à répondre à de nouvelles problématiques. La RFID sans puce (ou chipless) en est un exemple ; l’objectif affiché est de réduire considérablement le prix du tag ainsi que d’augmenter significativement la quantité d’information qu’il contient de manière à pouvoir concurrencer le code à barres tout en conservant les bénéfices d’une approche de lecture flexible basée sur une communication par ondes radio. Pour répondre à la problématique de la quantité d’information d’un tag, ce travail de thèse propose une nouvelle méthode de codage basée sur la forme globale du RCS du tag. Pour ce faire, il faut être capable de réaliser des tags dont le RCS est donné, ce qui consiste à résoudre un problème inverse. Une méthode de conception basée sur l’assemblage de motifs résonants est proposée. Les principales caractéristiques de ces éléments de base (amplitude, fréquence, coefficient de qualités) sont contrôlées par des paramètres géométriques. / The important growth of RFID goes along with the development of many technologies which complement the current offer by adding new possibilities. The chipless RFID is a perfect example of such technology. The purpose of the approach is to considerably reduce the price of the tag while increasing the data encoding capacity in order to compete with the barcode. The RF link between the tag and the reader also permit a flexible reading. In order to increase the coding capacity of a chipless tag, this PHD work proposes a new coding method based on the overall shape of the electromagnetic signature. To do this, we must be able design tags for which the RCS is given in advance, which amounts to the resolution of an inverse problem. A method based on the decomposition of the RCS on a base of resonators is proposed. The main characteristics of these base elements (amplitude, frequency, quality factor) are controlled by geometric parameters.

Nous passons en revue certains résultats obtenus dans quatre thèmes: les équations de Navier-Stokes stochastiques en deux dimensions, la loi de Fourier dans les chaines d'oscillateurs anharmoniques, les grandes déviations de ces systèmes et finalement, les dynamiques de collision locales.

Cette thèse porte sur la ventilation par mélange à haute induction pour le bâtiment au moyen de diffuseurs d’air innovants munis de promoteurs de tourbillons. Il s’agit d’inserts lobés, introduits au sein de diffuseurs d’air commerciaux, sans en modifier le processus de fabrication. L’innovation est née de travaux antérieurs et a fait récemment l’objet d’un brevet européen. Sa mise en situation à l’échelle 1 en conditions typiques de chauffage et de climatisation, constitue l’objectif premier des présents travaux. Par une démarche expérimentale, l’impact des inserts lobés sur la topologie de l’écoulement moteur, sur le confort thermique induit en zone d’occupation d’une cellule climatique thermiquement gardée, et sur les pertes de charges et le bruit générés, sont évalués. Les écoulements moteurs sont analysés par PIV 2D2C grand champ, et le confort thermique est évalué en zone d’occupation à l'aide d’un ensemble de capteurs ponctuels de vitesse et de température et du modèle PMV/PPD de Fanger. Les résultats montrent que les inserts lobés introduits dans le diffuseur, favorisent le mélange du jet qui en est issu avec l’air ambiant à traiter. Le confort thermique en zone d’occupation est amélioré de façon significative, par rapport au cas de référence du même diffuseur sans inserts. L’impact des inserts sur l’acoustique et les pertes de charges n’est pas significatif, ce qui valide l’innovation pour son application immédiate dans le bâtiment. En dernière partie, nous avons comparé la performance des diffuseurs innovants munis d’inserts lobés au diffuseur vortex, présenté sur le marché de la diffusion de l’air comme étant doté d’une grande capacité de mélange, suite à la mise en rotation du jet à l’aide d’ailettes profilées. Les résultats ont montré que l’encastrement au plafond du diffuseur vortex préconisé par le fabricant, dont il résulte l’adhérence immédiate du jet par effet Coanda, inhibe le mouvement de rotation escomptée, et sa performance dans ces conditions est inférieure à celle du diffuseur à inserts lobés. Il résulte de ce constat, la nécessité d’une installation du diffuseur vortex sur conduite apparente pour que sa performance soit réelle ; cela est envisageable pour des locaux commerciaux ou industriels de grande hauteur sous plafond. Les diffuseurs lobés encastrés au plafond, dont on a ainsi démontré la performance, sont parfaitement adaptés aux espaces de bureaux ou d’habitations de faibles hauteurs sous-plafond, et répondent par conséquent au réel besoin de la haute induction dans ce type de locaux. / This thesis deals with high-induction mixing ventilation for buildings using innovative air diffusers equipped with vortex promoters. These are lobed inserts, introduced into commercial air diffusers, without modifying the manufacturing process. The innovation was born from previous work and has recently been the subject of an European patent. The first objective of the present work is to conduct full scale experiments under typical heating and air conditioning conditions. By an experimental approach, the impact of the lobed inserts on the airflow and jet pattern, on the thermal comfort induced in the occupied zone of a thermally guarded climate chamber, and on the pressure drop and the noise generation. Airflow pattern is analyzed by large scale PIV 2D2C, and thermal comfort is evaluated in the occupied zone using a set of temperature and speed sensors and Fanger's PMV / PPD model. The results show that the lobed inserts introduced into the diffusers enhance the mixing between the jet and ambient air whose to be treated. The thermal comfort in the occupied zone is significantly improved, compared to the reference case of the same diffuser without inserts. The impact of the inserts on the acoustics and the pressure drop is not significant, which validates the innovation for its immediate application in buildings. Finally, we compared the performance of innovative diffusers with lobed inserts to the vortex diffuser, presented in the air diffusion market as a high mixing diffuser, because of the rotation generated by profiled fins. The results showed that when the diffuser is flush mounted to the ceiling, which is recommended by the manufacturer, the immediate attachment of the jet due to the Coanda effect inhibits the expected rotational movement. Its performance under these conditions is lower to that of the diffuser with lobed inserts. It follows from this finding that the installation of the vortex diffuser on a free pipe is necessary for its best performance ; this can be performed for high ceiling commercial buildings or industrial buildings. Ceiling flush mounted diffusers with lobed inserts, which we have demonstrated their performance, are perfectly suited for office spaces or homes with low ceiling heights, and therefore meet the real need for high induction in this type of buildings.

Dans le domaine de l'imagerie ultrasonore, l'imagerie non linéaire est devenue une branche importante. Imagerie non linéaire peut être divisée en imagerie harmonique tissulaire et imagerie harmonique de contraste, selon l'endroit où les signaux non linéaires viennent. Imagerie harmonique de contraste apparaît parce que les agents de contraste, qui sont injectés par voie intraveineuse pour améliorer les faibles échos rétrodiffusés par des cellules sanguines, peuvent vibrer non linéaire quand ils subissent une pression acoustique. Ces signaux non linéaires rétrodiffusés par des agents de contraste sont utilisés pour former des images harmoniques. Toutefois, lors de la propagation des ondes dans les tissus, les harmoniques de l'onde sont également générés dans le tissu. La présence de signaux harmoniques de tissus dégrade la qualité d'image en contraste imagerie harmonique. Cette thèse vise à mieux distinguer les échos des agents de contraste et les échos de tissus, concevant des nouvelles modalités, ou optimisant les modalités existantes. Nos efforts se concentrent principalement sur les techniques multi-impulsions en imagerie ultrasonore de contraste. Tout d'abord, nous proposons une formule de généraliser la plupart des techniques multi- impulsions. La formulation peut être utilisée pour prédire les éléments non linéaires dans chaque bande fréquentiel et de concevoir de nouvelles séquences de transmission pour augmenter ou diminuer composants non linéaires. Les résultats des simulations sur plusieurs techniques multi- impulsions sont en accord avec les résultats donnés dans les littératures précédentes. Deuxièmement, les techniques utilisant multi transmissions pour augmenter le CTR sont généralement basés sur la réponse des diffuseurs statiques. Cependant, diffuseur en mouvement a une influence inévitable sur des techniques. Il peut améliorer ou dégrader la technique. Des simulations, des expériences in vitro à partir d'une seule bulle et les nuages de bulles, et des expériences sur des rats montrent que le déphasage des échos rétrodiffusés par des bulles dépend du déphasage des transmissions, et que le mouvement de la bulle influe sur l’efficacité des techniques multi- impulsions. En outre, les résultats expérimentaux basés sur la technique de l'inversion de seconde harmonique (SHI) révèlent que le mouvement de la bulle peut être pris en compte pour optimiser les techniques multi-impulsions. Par ailleurs, une nouvelle technique, appelée double inversion de impulsion (DPI), a également été proposé. La technique PI est appliquée deux fois avant et après l'arrivée de l'agent de contraste dans la région d'intérêt. Les signaux résultants sont soustraits pour supprimer les harmoniques du tissu. Les simulations et les résultats in vitro ont montré une amélioration de CTR de DPI. Toutefois, la présence de mouvements de tissus peut limiter à l'efficacité de cette technique. Résultats in vivo confirment cette limitation. / In ultrasound imaging domain, nonlinear imaging has become an important branch. Nonlinear imaging can be divided into tissue harmonic imaging and contrast harmonic imaging, according to where the nonlinear signals come from. Contrast harmonic imaging emerges because contrast agents, which are intravenously injected to enhance the weak echoes backscattered from blood cells, can vibrate nonlinearly when they undergo an acoustic pressure. Then, these nonlinear signals backscattered by contrast agents are collected to form harmonic images. However, during the wave propagation in tissue, the harmonics of the transmitted wave are also generated in tissue. The presence of tissue harmonic signals degrades the image quality in contrast harmonic imaging. This thesis aims to better distinguish the echoes from contrast agents and the echoes from tissue, whether through designing new modalities, or investigating and optimizing the existing modalities. Our efforts are mainly focused on the multi-pulse techniques in ultrasound contrast imaging. Firstly, we propose a mathematical background to generalize most of the multi-pulse ultrasound imaging techniques that have been described in previous literatures. The formulation can be used to predict the nonlinear components in each frequency band and to design new transmission sequences to either increase or decrease specified nonlinear components in each harmonic band. Simulation results on several multi-pulse techniques are in agreement with the results given in previous literatures. Secondly, the techniques using multiple transmissions to increase the CTR are generally based on the response of static scatterers inside the imaged region. However, scatterer motion, for example in blood vessels, has an inevitable influence on the relevance of the techniques. It can either upgrade or degrade the technique involved. Simulations, in-vitro experiments from a single bubble and clouds of bubbles, and in-vivo experiments from rats show that the phase shift of the echoes backscattered from bubbles is dependent on the transmissions’ phase shift, and that the bubble motion influences the efficiency of multi-pulse techniques. Furthermore, experimental results based on the second-harmonic inversion (SHI) technique reveal that bubble motion can be taken into account to optimize multi-pulse techniques. Besides, a new technique, called double pulse inversion (DPI), has also been proposed. The PI technique is applied twice before and after the arrival of the contrast agents to the region of interest. The resulting PI signals are substracted to suppress the tissue-generated harmonics and to improve CTR. Simulations and in-vitro experimental results have shown an improved CTR of DPI. However, the presence of tissue movements may hamper the effectiveness of this technique. In-vivo experimental results confirm that the tissue motion of the rat during the acquisition is an inevitable barrier of this technique.