Com base em um modelo fenomenológico e a partir de dados experimentais obtidos numa planta piloto, foi obtida uma correlação entre o desempenho de uma torre de resfriamento em função das principais variáveis de processo: fluxos mássicos do gás e da água pela torre, e temperatura de entrada da água. Os resultados apresentaram boa consistência, comparados com os da literatura. A metodologia desenvolvida pode, com relativa facilidade, ser aplicada para torres de resfriamento industriais, pois se baseia em medidas de variáveis, factíveis em termos práticos. Efetuou-se também um estudo paralelo com base em modelagem e simulações matemáticas do comportamento de uma torre de resfriamento de água em condições severas, com temperatura da água de alimentação superior a 50°C. Constatou-se que o coeficiente de transporte de massa na torre de resfriamento aparentemente não é afetado. / Cooling towers are widely used in many industrial and utility plants and its thermal performance is of vital importance. In the present work, using a phenomenological model and by experiments carried on over a pilot installation, the mass transfer coefficient dependence of air and water flow rates and inlet cooling water temperature is determined. The approach proposed may be useful in addition for characterization of industrial cooling towers since it depends on temperature and flow rate measurement usually available in typical plants. A parallel study concerning high mass transfer rate theory is accomplished. Through mathematical modeling and simulations based on this study no influence is detected on the mass transfer coefficient in the cooling tower, operating under harsh conditions with inlet water temperature up to 90°C.

Le béton de chanvre est un matériau de construction biosourcé pouvant répondre aux problématiques environnementales actuelles. Utilisé comme matériau de remplissage avec une bonne capacité isolante, il possède également la capacité de réguler l'humidité relative intérieure. Son comportement hygrothermique complexe résulte notamment de performances thermiques et hydriques interdépendantes. La prédiction de ces effets est réalisée à l'aide de modélisation et simulation de transferts hygrothermiques. Toutefois, l'utilisation de données d'entrée les plus représentatives possibles de la réalité est nécessaire. Les méthodes de caractérisation courantes ont souvent été développées pour des matériaux conventionnels et peuvent montrer des limites dans le cas de matériaux biosourcés. L'objectif principal de ces travaux est de déterminer les propriétés hygrothermiques d'un bloc de béton de chanvre préfabriqués à l'échelle industrielle, de mieux appréhender cette caractérisation et de décrire son comportement hygrothermique via des simulations numériques. Le matériau étudié est formulé à partir d'un liant pouzzolanique et de granulats de chènevotte. Une partie de ce travail de thèse a donc porté sur la caractérisation des propriétés physiques, thermiques et hydriques du béton de chanvre étudié ainsi que sur les méthodes de mesure. Pour chaque paramètre hygrothermique étudié, plusieurs méthodes ont été confrontées afin d'en évaluer l'impact. Dans la mesure du possible, l'influence de la température et de l'humidité sur les différents paramètres a également été estimée. Un modèle de transferts hygrothermiques est proposé avec une évaluation d'ordre de grandeur dans le cas du béton de chanvre à partir des propriétés de la littérature. Ce modèle est appliqué à une étude expérimentale à l'échelle de la paroi, dans une enceinte bi-climatique, mettant en avant l'impact de la sorption et du changement de phase sur les transferts de chaleur. En ce qui concerne les propriétés thermiques, l'étude expérimentale à l'échelle du matériau met en évidence l'impact significatif du protocole expérimental sur le résultat de mesure, en particulier pour la chaleur massique. Pour les propriétés hydriques, les essais mettent en avant l'intérêt de réaliser une étude paramétrique de type round-robin sur les matériaux biosourcés. [...] / Hemp concrete is a bio-based construction material able to meet current sustainable issues. Used as filling and insulating material, it has the capacity to regulate the indoor relative humidity. Its complex hygrothermal behavior results on interdependent thermal and hydric performances. The prediction of the hygrothermal effect is performed through heat and moisture transfer modeling and simulation. However, the use of representative inputs is necessary. Standard characterization methods have often been developed for usual building material and can show some limitations in the case of bio-based material. The main objective of these works is to determine the hygrothermal properties of a precast hemp concrete produced at industrial scale, have a better understanding of this characterization and describe its hygrothermal behavior through numerical simulations. The studied material is based on pozzolanic binder and hemp aggregates. One part of this work deals with the characterization of the physical, thermal and hydric properties of the studied material and with the measurement methods. For each hygrothermal properties, several methods have been confronted. If possible, the temperature and humidity influences have been appraised. A heat and moisture transfer model is proposed with a scale analysis based on hemp concrete properties from the literature. This model has been applied to wall scale experiments highlighting the impact of sorption and phase change phenomena on the heat transfers. With regards to the thermal properties, the experimental study at material scale highlights the significant impact of the experimental protocol on the result of the measure, particularly for the specific heat capacity. For hydric properties, the studies put forward the interest of performing a parametric round-robin test dedicated to bio-based materials. An air permeability measurement protocol designed for regular concrete has been adapted in order to evaluate the performance of a very permeable material such as the hemp concrete. The numerical model is validated on a test from a standard and a test from the literature. It manages to describe test with usual ambient solicitations performed in the bi-climatic chamber.

For years, the modelling of the brain tissue has been widely investigated. Indeed, a biomechanical model of the brain would find applications in fields like image-guided neurosurgery or safety system design (helmets, car manufacturing, security fences design,...). In the present thesis, we propose an original, fractional calculus-based, constitutive equation of the brain tissue. Different types of experiments (unconfined compression, relaxation and cyclic tests) were carried out in order to characterize the mechanical behaviour of the brain tissue. The use of the digital image correlation enabled us, for the first time to our best knowledge, to prove the incompressibility of the brain tissue, a widespread assumption. The constitutive model was calibrated and validated using these experiments. The agreement between the model and the experimental results is very satisfactory. The model reproduces with only a few percent error the stress-strain curves for the compression tests at three different loading rates covering two orders of magnitude as well as the behaviour in the relaxation and cyclic tests. La modélisation du tissu cérébral fait l'objet de nombreuses recherches depuis quelques années. En effet, un modèle biomécanique du cerveau trouverait des applications dans le domaine de la neurochirurgie guidée par l'image et chez les fabricants de système de sécurité (casques, automobiles, barrières de sécurité,...). Dans cette thèse, nous proposons un modèle d'équation constitutive original pour le tissu cérébral basé sur l'utilisation des dérivées d'ordre réel arbitraire (aussi connues sous le terme de dérivées fractionnaires). Divers types d'essais (compression, relaxation et essais cycliques) ont également été réalisés afin de caractériser le comportement mécanique du tissu cérébral. L'utilisation de la corrélation d'images numériques a permis, pour la première fois à notre connaissance, de démontrer expérimentalement son incompressibilité, justifiant ainsi une hypothèse couramment rencontrée. La loi constitutive développée a été calibrée et validée à partir de ces essais. L'accord entre le modèle et les résultats expérimentaux est très satisfaisant en ce qui concerne le comportement en compression à trois vitesse de déformation différentes s'étalant sur deux ordres de grandeur. Il en va de même pour les comportements en relaxation et lors des essais cycliques.

Cette thèse s’inscrit à mi-chemin entre l’étude de la déformabilité des structures tissées et la valorisation de la fibre de lin pour des applications dans le renforcement des matériaux composites. Le premier objectif de l’étude est de caractériser expérimentalement le comportement en flexion des mèches de différentes structures constituées de fibres de lin ainsi que des tissus de différentes armures. Les travaux ont abordé aussi des paramètres tels que l’humidité relative et la composition (des mèches comélées ou en lin pure). Le deuxième objectif des travaux est d’étudier le comportement en flexion des tissus en fonction du comportement en flexion des mèches. Cette partie a commencé par la modélisation géométrique des renforts tissés dans le but de suivre l’évolution de la section du tissu qui varie dans la direction de la flexion. La modélisation mésoscopique a permis de calculer analytiquement les propriétés géométriques du tissu en particulier son moment quadratique. Les résultats obtenus ont été utilisés dans la simulation de la flexion du tissu. L’étude a permis de voir jusqu’à quel point le comportement de la mèche et le moment quadratique du tissu pilotent le comportement en flexion du tissu. D’après ces travaux, le comportement en flexion du tissu semble être approché de façon satisfaisante sur toute la gamme de longueurs envisagées à partir de ces deux grandeurs sauf pour les forts taux d’humidité où d’autres phénomènes doivent être considérés. L’étude a souligné que la différence entre deux renforts testés expérimentalement peut être anticipée numériquement. Ainsi, le concepteur de tissus sera capable d’anticiper la rigidité expérimentale du tissu pour faire des tissages adaptés à la mise en forme du renfort. Une étude paramétrique de la flexion a été également réalisée dans le but de déduire les paramètres les plus influents sur lesquels il peut jouer. / This thesis is halfway between the study of the deformability of woven structures and the use of flax fibre as reinforcement of composite materials. The first aim of the study is the experimental characterization of the bending behaviour of tows with different structures made of flax fibres and fabrics with different weaves. Parameters such as relative humidity and the composition (100% flax and commingled tows) were also considered. The second aim of the study is to link the bending behaviour of the fabric to the bending behaviour of its constituent tows. This part starts with the geometric modelling of woven fabrics in order to follow the variation of its section in the bending direction. Mesoscopic modelling allows the analytical calculation of the geometric properties of the fabric in particular its moment of inertia. The results obtained were used in the simulation of the fabrics bending to see how far the behaviour depends on the tows bending behaviour and the moment of inertia. The bending behaviour of the fabric seems to be approached satisfactorily from these two factors. This is verified within the range of lengths considered except for high humidity (in this case, other phenomena must be considered). The study pointed out that the difference between two reinforcements tested experimentally can be predicted numerically. Thus, the fabrics designer will be able to anticipate the experimental bending stiffness of the fabric in order to adapt the weaving to the shape forming. A parametric study of the bending was also achieved in order to deduce the most influential parameters of the fabric for an appropriate weaving.

Le stockage de grains est une problématique qui date du développement de l’agriculture afin de répondre au besoin de conservation des céréales. Afin de faciliter la vidange de silos, l’entreprise Vibrafloor propose une solution de vidange automatisée basée sur l’agitation du contenu par vibration d’un plancher flexible. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique robuste qui puisse prédire le comportement du système vibrant sous charge, au cours d’un cycle de vidange. Ces travaux peuvent être décomposés en trois parties principales : - Le développement d’un modèle numérique fiable d’un module vibrant ; - Le développement d’un modèle numérique du milieu granulaire ; - La mise en interaction de ces deux modèles. Enfin, l’exploitation de ces modèles numériques a permis de proposer des règles d’utilisation du système à l’industriel et de proposer les prémisses d’un outil d’étude du procédé de vidange dans sa globalité. / The grain storage is an issue that dates agricultural development to address the need for cereal preservation. In order to facilitate the emptying silos process, Vibrafloor provides an automated emptying solution based on the agitation of the contents by vibration of a flexible floor. The objective of this thesis is to develop a reliable numerical model that can predict the behavior of the vibrating system under load during a drain cycle. These works can be divided into three main parts: - The development of a reliable digital model of a vibrating module - The development of a numerical model of the granular media - The interaction of these two models. Finally, the exploitation of these numerical models helped provide system usage rules for industrial and the beginnings of a study tool for the entire automatic drain process.

Com base em um modelo fenomenológico e a partir de dados experimentais obtidos numa planta piloto, foi obtida uma correlação entre o desempenho de uma torre de resfriamento em função das principais variáveis de processo: fluxos mássicos do gás e da água pela torre, e temperatura de entrada da água. Os resultados apresentaram boa consistência, comparados com os da literatura. A metodologia desenvolvida pode, com relativa facilidade, ser aplicada para torres de resfriamento industriais, pois se baseia em medidas de variáveis, factíveis em termos práticos. Efetuou-se também um estudo paralelo com base em modelagem e simulações matemáticas do comportamento de uma torre de resfriamento de água em condições severas, com temperatura da água de alimentação superior a 50°C. Constatou-se que o coeficiente de transporte de massa na torre de resfriamento aparentemente não é afetado. / Cooling towers are widely used in many industrial and utility plants and its thermal performance is of vital importance. In the present work, using a phenomenological model and by experiments carried on over a pilot installation, the mass transfer coefficient dependence of air and water flow rates and inlet cooling water temperature is determined. The approach proposed may be useful in addition for characterization of industrial cooling towers since it depends on temperature and flow rate measurement usually available in typical plants. A parallel study concerning high mass transfer rate theory is accomplished. Through mathematical modeling and simulations based on this study no influence is detected on the mass transfer coefficient in the cooling tower, operating under harsh conditions with inlet water temperature up to 90°C.

Les applications pour lesquelles des élastomères sont soumis à des sollicitations cycliques sont nombreuses. Des charges sont généralement utilisées afin d'améliorer leurs propriétés, cependant, elles induisent également un adoucissement important de la contrainte lors de sollicitations cycliques. A ce jour, les phénomènes physiques conduisant à l’apparition de cet adoucissement ne sont pas clairement établis et sa modélisation demeure une difficulté majeure.Afin d'étudier l'adoucissement, des élastomères chargés sont soumis à des chargements cycliques. Des méthodes de caractérisations originales sont proposées afin de quantifier les effets de l'intensité du chargement et du nombre de cycles. Pour faire le lien avec la microstructure du matériau, plusieurs mélanges de compositions différentes sont utilisés. Des chargements non proportionnels de traction uniaxiale et biaxiale sont appliqués afin de mettre en évidence l'anisotropie induite par l'adoucissement. Ces données expérimentales non conventionnelles sont utilisées afin de définir un critère général pour l'activation de l'adoucissement Mullins. Une loi de comportement fondée sur une analyse approfondie des données expérimentales est proposée. La modélisation est basée sur une approche directionnelle. L'adoucissement Mullins est modélisé en utilisant le concept d'amplification de la déformation et son activation est pilotée par un critère directionnel. La capacité du modèle à prédire les réponses d'un matériau ayant subit un historique de chargement non proportionnel est validée / Rubber-like materials are submitted to cyclic loading conditions in various applications. Fillers are always incorporated within rubber compounds. They improve the mechanical properties but induce a significant stress-softening under cyclic loadings. The physical source of the softening is not yet established and its modeling remains a challenge. For a better understanding of the softening, filled rubbers are submitted to cyclic loadings. In order to quantify the effects of the loading intensity and the number of cycles, original methods are proposed to characterize the softening. To study the influence of the material microstructure on the softening, compounds with various compositions are considered.Non proportional tensile tests including uniaxial and biaxial loading paths are applied in order to highlight the softening induced anisotropy. Such unconventional experimental data are used to provide a general criterion for the softening activation. A constitutive modeling grounded on a thorough analysis of experimental data is proposed. The model is based on a directional approach. The Mullins softening is accounted for by the strain amplification concept and is activated by a directional criterion. The model ability to predict non proportional softened material responses is demonstrated

L’objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation du couplage hydromécanique, existant entre la déformation de la préforme fibreuse et l’écoulement de la résine, et par la suite à la simulation des procédés d’infusion. La méthode de résolution numérique déployée dans ce cadre est de type éléments finis avec volumes de contrôles (CVFEM) formulée en 2D½. Une nouvelle approche de modélisation de procédé d’infusion est proposée. Dans cette méthode, nous avons introduit des éléments 1D qui traduisent l’écoulement transverse. Cette approche permet de surmonter la difficulté numérique relative à l’usage des éléments finis volumiques pour un calcul 3D, notamment pour simuler la mise en œuvre des pièces industrielles de grandes dimensions. Le modèle fait appel à des lois de comportements caractérisées expérimentalement et qui permettent de tenir compte de l’évolution de la perméabilité et la compressibilité du milieu fibreux au cours de l’infusion. Diverses confrontations entre le modèle numérique proposé, des méthodes analytiques et expérimentales ont été menées. Une application du modèle dans la simulation de l’infusion d’un démonstrateur industriel de géométrie complexe est également réalisée. Les résultats obtenus sont très encourageants et révèlent l’efficacité de l’outil développé dans la simulation du procédé d’infusion / The aim of this work is to model the hydromechanical coupling that exists between the preform compressibility and the resin flow in order to simulate the infusion processes. The numerical method used in this study is based on the Control Volume Finite Elements Method (CVFEM) in 2D½. A new modelling approach of the infusion process is proposed. In this method, we introduced 1D elements to include through-the-thickness flow. This approach allows to reduce the computational time in comparison with full 3D modelling, especially in the simulation of industrial part infusion with large dimensions. The developed model is alimented by behavior laws that we characterized experimentally. These laws allow to take into account the evolution of the permeability and the compressibility of the fibrous medium during the infusion. We validated our model by comparing its results with analytical and experimental data. Additionally, an application of this simulation approach has been carried out to simulate the infusion of an industrial demonstrator with complex geometry. These comparisons show a good agreement between numerical and experimental results and reveal the efficiency of the developed tool in the infusion process simulation.

<p dir="ltr">Non-Newtonian fluid models such as the Bingham and Herschel-Bulkley models are used to characterize the flow behavior of many complex fluids and soft solids. The three parameter Herschel-Bulkley model captures the yield stress behavior and the nonlinear power law behavior. In this thesis, the semi-analytical solution of Herschel-Bulkley fluids provided by Covey and Stanmore is used to experimentally characterize the squeeze flow behavior. A ‘Squeeze Flow and Thermal Resistance Tester’ was custom designed to perform velocity controlled squeeze flow experiments. The tester has an additional capability of performing thermal resistance characterization adhering to the ASTM-D5470 standard. A novel framework is described for characterizing the three Herschel-Bulkley parameters (τy, n and ηHB) using the developed tester. </p><p dir="ltr">Thermal Interface Materials (TIMs) are used to efficiently dissipate heat from a heat generating component to a heat sink in an electronic package. Thermal grease is a type of TIM comprising of a base material (e.g. polymer) loaded with highly conducting filler particles (e.g, boron nitride, alumina or sometimes conducting metals such as aluminum or silver). These greases are expected to exhibit Herschel-Bulkley flow behavior. Hence, thermal greases are used as candidate materials for squeeze flow characterization. In addition to the flow characterization, the thermal resistance across these thermal greases are also characterized using the custom designed tester. Characterization of mechanical and thermal behavior of TIMs is crucial to predicting their long-term reliability. </p><p dir="ltr">The effect of in-situ isothermal baking duration and test temperature on flow behavior is studied. The increase in duration of isothermal baking at test temperature of 55◦C showed that the material tends to stiffen with baking duration. The increase in test temperature from 5◦C to 100◦C resulted in a decrease in the power law index n and viscosity ηHB. </p><p dir="ltr">Finally, a numerical simulation strategy for performing squeeze flow simulations is described. The characterized flow parameters from the squeeze flow experiments were used as input material parameters for a dynamic mesh-based numerical simulation of squeeze flow between parallel surfaces. The results of the experimental force response and numerical simulation results were compared and found to be in close agreement. In order to simulate flow of thermal greases in a package undergoing deformation, a non-flat test setup was fabricated and squeeze experiments were performed. Numerical simulations were subsequently performed for the non-flat surface using material parameters extracted from previous experiments and the results were compared. The results from both experiments and numerical simulations showed that the force response of thermal greases under non-flat surfaces was significantly higher than the planar case.</p>

This project focuses on experimentally characterizing one of the tools used at Ericsson AB to test product performance, the climatic chamber. By conducting experiments inside the climate chamber and post processing the data obtained, the airflow inside it can be understood and compared to outdoor experimental data. One of the main sections of this work is to prove the hypothesis: The energy potential of the wind outdoors is greater than indoors, which is shown to be true when comparing values for the integral length scales of the flow, at the same mean wind speed. The second main part of this project is to obtain valuable experimental input that will serve to construct a virtual model of the climate chamber. With the conclusions drawn from the experiments, which involve heat transfer, boundary conditions for the numerical model can be established. / Det här projektet fokuserar på att experimentellt karakterisera ett av verktygen som används i Ericsson AB för att testa produktprestanda - klimatkammaren. Genom att utföra experiment inuti klimatkammaren och efterbehandla de erhållna data, kan man få en förståelse för luftflödet inuti kammaren och jämföra resultat med experimentella data från utomhus. Ett av delmomenten i detta arbete bevisar hypotesen: 'Vindens energipotential är större än inomhus', vilket visar sig vara sant när man jämför värden för flödets integrala längdskalor, med samma medelvärde i vindhastighet. Den andra etappen av detta projekt är att erhålla en värdefull experimentell vägledning som kommer att tjäna till att konstruera en virtuell modell av klimatkammaren. Med slutsatserna från experimenten, som innefattar värmeöverföring, kan gränsvillkor för den numeriska modellen fastställas.