Avec la réduction du bruit de jet et de soufflante dans les moteurs aéronautiques modernes, la contribution relative du bruit de combustion (BC) a augmenté de manière significative au cours des dernières décennies. Deux mécanismes ont été identifiés comme étant du BC dans les années 70 : le bruit de combustion direct (BCD) et le bruit de combustion indirect (BCI). Le coeurde la thèse est axé sur le BCI avec le développement d’un modèle semi-analytique 2D axisymétrique prenant en compte la distorsion des ondes entropiques afin de prédire le BCI dans des écoulements de tuyère. L’état de l’art réalisé dans le premier chapitre met en évidence la nécessité d’améliorer la prédiction du BCI des modèles 1D en introduisant la distorsion radiale des ondes entropiques dans la tuyère. Le second chapitre du manuscrit détaille les outils disponibles à l’ONERA pour l’étude du BCI. Le modèle 2D est développé dans le troisième chapitre où les équations d’Euler sont réécritesen 2D pour la partie entropique et en 1D pour les perturbations acoustiques. Le quatrième chapitre décrit les simulations numériques réalisées pendant la thèse sur la configuration retenue (la tuyère DISCERN) : un calcul RANS et deux simulations des grandes échelles (SGE) sont effectués respectivementpour l’utilisation et la validation du modèle 2D. Dans le dernier chapitre, l’application du nouveau modèle utilisant le champ moyen RANS est accompli, les résultats sont comparés au modèle 1D et validés par confrontation avec les prédictions SGE. / Due to the reduction of jet mixing noise and fan noise in modern aero engines, the relative contribution of combustion noise (CN) has significantly increased over the last few decades. Two mechanisms have been identified as CN in the 70’s: direct combustion noise (DCN) and indirect combustion noise (ICN). A focus is made on the ICN in this thesis with the development of a twodimensionalaxisymmetric semi-analytical model taking into account the distortion of the entropy waves in order to predict the ICN for nozzle flows. The state of the art performed in the first chapter highlights the necessity to improve the prediction of ICN of 1D models by introducing the radial distortion of the entropy waves inside the nozzle. The second chapter of the manuscript details the ONERA’s tools for studying ICN. The 2D model is developed in the third chapter where the Euler equations are rewritten in 2D formfor the entropic part while acoustic perturbations are considered to be 1D. The fourth chapter describes the numerical computations performed during the thesis onthe retained configuration (the DISCERN nozzle): a RANS and two large eddy simulations (LES) are carried out respectively for the use and the validation of the 2D model. In the last chapter, the application of the new model using the RANS meanfield is performed, the results are compared tothe 1D model and validated by confrontation with the LES predictions.

Les simulations sont utilisées pour concevoir des chambres de combustion industrielles robustes et peu polluantes. Parmi les polluants, l’émission de particules de suies constitue une question sociétale et une priorité politico- industrielle, en raison de leurs impacts néfastes sur la santé et l'environnement. La taille des particules de suies joue un rôle important sur ces effets. Il est donc important de prévoir non seulement la masse totale ou le nombre de particules générées, mais également leur distribution en taille (PSD). De plus, les suies peuvent jouer un rôle important dans le rayonnement thermique. Dans des configurations confinées, la prédiction des transferts de chaleur est une question clé pour augmenter la robustesse des chambres de combustion. Afin de déterminer correctement ces transferts, les flux radiatifs et de conducto-convectifs aux parois doivent être pris en compte. Enfin, la température pariétale est aussi contrôlée par les transferts conjugués de chaleur entre les domaines fluides et solides. L’ensemble de ces transferts thermiques impactent la stabilisation de la flamme, la formation de polluants et la production de suies elle-même. Il existe donc un couplage complexe entre ces phénomènes et la simulation d'un tel problème multiphysique est aujourd'hui reconnu comme un important défi. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de développer une modélisation multiphysique permettant la simulation de flammes suitées turbulentes avec le rayonnement thermique et les transferts conjugués de chaleur associés aux parois. Les méthodes retenues sont basées sur la Simulation aux Grandes Échelles (LES), une description en taille des suies, des transferts conjugués et un code Monte Carlo pour le rayonnement. La combinaison de telles approches est réalisable grâce aux ressources de calcul aujourd’hui disponibles afin d’obtenir des résultats de référence. Le manuscrit est organisé en trois parties. La première partie se concentre sur le développement d'un modèle détaillé pour la description de la production de suies dans les flammes laminaires. Pour cela, la méthode sectionnelle est retenue ici car elle permet la description de la PSD. La méthode est validée sur des flammes laminaires éthylène/air. Dans la deuxième partie, un formalisme LES spécifique à la méthode sectionnelle est développé et utilisé pour étudier deux flammes turbulentes : une flamme jet non-prémélangée et une flamme swirlée pressurisée confinée. Les champs de température et de fraction volumique de suies sont comparés aux données expérimentales. De bonnes prédictions sont obtenues et l’évolution des particules de suies dans de telles flammes est analysée à travers l'étude de l’évolution de leur PSD. Dans ces premières simulations, les pertes de chaleur aux parois reposent sur des mesures expérimentales de la température aux parois, et un modèle de rayonnement simple. Dans la troisième partie, une approche Monte Carlo permettant de résoudre l'équation de transfert radiatif avec des propriétés radiatives détaillées des phases gazeuse et solide est utilisée et couplée au solveur LES. Cette approche est appliquée à l'étude de la flamme jet turbulente. La prédiction des flux thermiques est comparée aux données expérimentales et la nature des transferts radiatifs est étudiée. Ensuite, une modélisation couplée de la combustion turbulente prenant en compte la production de suies, les transferts conjugués de chaleur et le rayonnement thermique est proposée en couplant les trois codes dédiés. Cette stratégie est appliquée pour la simulation du brûleur pressurisé confiné. L'approche proposée permet à la fois de prédire la température des parois et la bonne stabilisation de la flamme. Les processus de formation de suies se révèlent être affectés par la modélisation des transferts thermiques. Ceci souligne l’importance d’une description précise de ces transferts thermiques dans les développements futurs de modèles de production de suies et leur validation. / Numerical simulations are used by engineers to design robust and clean industrial combustors. Among pollutants, soot control is an urgent societal issue and a political-industrial priority, due to its harmful impact on health and environment. Soot particles size plays an important role in its negative effect. It is therefore important to predict not only the total mass or number of emitted particles, but also their population distribution as a function of their size. In addition, soot particles can play an important role in thermal radiation. In confined configurations, controlling heat transfer related to combustion is a key issue to increase the robustness and the life cycle of combustors by avoiding wall damages. In order to correctly determine these heat losses, radiative and wall convective heat fluxes must be accounted for. They depend on the wall temperature, which is controlled by the conjugate heat transfer between the fluid and solid domains. Heat transfer impacts the flame stabilization, pollutants formation and soot production itself. Therefore, a complex coupling exists between these phenomena and the simulation of such a multi-physics problem is today recognized as an extreme challenge in combustion, especially in a turbulent flow, which is the case of most industrial combustors. Thus, the objective of this thesis is to develop a multi-physics modeling enabling the simulation of turbulent sooting flames including thermal radiation and wall heat transfer. The retained methods based on Large-Eddy Simulation (LES), a soot sectional model, conjugate heat transfer, a Monte Carlo radiation solver are combined to achieve a stateof- the-art framework. The available computational resources make nowadays affordable such simulations that will yield present-day reference results. The manuscript is organized in three parts. The first part focuses on the definition of a detailed model for the description of soot production in laminar flames. For this, the sectional method is retained here since it allows the description of the particle size distribution (PSD). The method is validated on laminar premixed and diffusion ethylene/air flames before analyzing the dynamics of pulsed diffusion flames. In the second part, an LES formalism for the sectional method is developed and used to investigate two different turbulent flames: a non-premixed jet flame and a confined pressurized swirled flame. Predicted temperature and soot volume fraction levels and topologies are compared to experimental data. Good predictions are obtained and the different soot processes in such flames are analyzed through the study of the PSD evolution. In these first simulations, wall heat losses rely on experimental measurements of walls temperature, and a coarse optically-thin radiation model. In the third part, to increase the accuracy of thermal radiation description, a Monte Carlo approach enabling to solve the Radiative Transfer Equation with detailed radiative properties of gaseous and soot phases is used and coupled to the LES solver. This coupled approach is applied for the simulation of the turbulent jet flame. Quality of radiative fluxes prediction in this flame is quantified and the nature of radiative transfers is studied. Then, a whole coupled modeling of turbulent combustion accounting for soot, conjugate heat transfer and thermal radiation is proposed by coupling three dedicated codes. This strategy is applied for a high-fidelity simulation of the confined pressurized burner. By comparing numerical results with experimental data, the proposed approach enables to predict both the wall temperature and the flame stabilization. The different simulations show that soot formation processes are impacted by the heat transfer description: a decrease of the soot volume fraction is observed with increasing heat losses. This highlights the requirement of accurate description of heat transfer for future developments of soot models and their validation.

Les mouvements des galaxies dans l'Univers sont causés par le tir à la corde qui a lieu entre l'expansion de l'univers et la gravitation. Cette rivalité a un impact sur la formation et la croissance des grandes structures de l'univers. Par conséquent, l'univers est plus ou moins compact selon le gagnant de ce duel. Dans ce contexte, cette thèse est divisée en trois parties, allant des observations à 21 cm à la mesure du taux de croissance actuel des grandes structures de l'univers et de la compacité de l'univers local.La collaboration Cosmicflows prépare des catalogues de distances de galaxies. Jusqu'à présent, trois catalogues ont été publiés, le dernier étant Cosmicflows-3. Cette thèse présente et analyse les données obtenues à partir d'observations à 21 cm. Ces nouvelles données seront utilisées pour former le prochain catalogue de distances Cosmicflows-4 à l'aide de la relation de Tully-Fisher, afin de corriger le manque de données dans l'hémisphère céleste Nord dans le catalogue actuel.À partir de la distance d'une galaxie, il est possible d'en déduire la partie radial de sa vitesse particulière, correspondant à la composante de sa vitesse totale causée par la gravitation. Les vitesses particulières des galaxies sont des sondes non-baisées de la matière et permettent d'extraire des informations sur les grandes structures de l'univers. Deux méthodologies utilisant les vitesses particulières ont été développées durant cette thèse pour caractériser les grandes structures de l'univers local.D'une part, les catalogues de vitesses particulières peuvent être utilisés pour reconstruire des champs de vitesse tridimensionnels. De tels champs de vitesse permettent de cartographier la structure de l'univers local et sont exploités dans cette thèse, à l'aide des lignes de flux, pour identifier des bassins et vallées gravitationnels dans l'univers local.D'autre part, une méthode basée sur l'analyse des corrélations à deux points des vitesses particulières des galaxies a été développée afin d'exhiber le taux de croissance actuel des grandes structures de l'univers local à partir de données observationnelles. Cette méthodologie est appliquée au catalogue observationnel de vitesses particulières Cosmicflows-3 / Motions of galaxies in the universe are due to the rivalry between the expansion of the universe and gravitation. This tug-of-war impacts the formation and the growth of large scale structures of the universe. Thus, depending on the identity of the winner of this duel, the universe is more or less compact. Within this context, this PhD thesis is divided into three parts, spanning from HI observations to the estimate of the growth of rate of large scale structures of the universe and the compactness of the local universe.The Cosmicflows collaboration assembles catalogues of galaxy distances. Up to now, three catalogues have been published, the last one being Cosmicflows-3. This thesis presents and analyses observational data obtained from HI observations. These new data will be used to construct the new compilation of distances Cosmicflows-4 by the use of the Tully-Fisher relation, in order to correct the lack of data in the Northern celestial hemisphere in the current catalog.From the distance of a galaxy, one can derive the radial part of its peculiar velocity corresponding to the component of its total velocity caused by gravitation. Peculiar velocities allow to probe the matter content of the universe and to extract information on large scale structures of the universe. Two methodologies using peculiar velocities have been developed during this thesis to characterize large scale structures of the local universe.On the one hand, peculiar velocity catalogues can be used to reconstruct tri-dimensional velocity fields. These velocity field allow one to map the structure of the local universe and are used in this thesis to identify gravitational basins and valleys within the local universe by computing streamlines.On the other hand, a method based on the analysis of two-point galaxy peculiar velocity correlations has been developed in order to constrain the growth rate of large scale structures of the local universe from observational data. This method is applied to the Cosmicflows-3 catalogue of observed peculiar velocities

Dans ce travail, nous avons souhaité étudier l'impact de la structure sur les propriétés adhésives enexplorant différentes architectures dont des étoiles à trois branches de longueur importante, elles-mêmesramifiées par des branches longues, synthétisées en plusieurs étapes par polymérisation radicalaire contrôlée.Nous avons également étudié des polymères linéaires et des copolymères à bloc. Ils sont en particulier constituésde poly(acrylate de n-butyle) naturellement collant à température ambiante, permettant ainsi une étude despropriétés adhésives sans formulation. Toutefois, la masse molaire entre enchevêtrements élevée du PnBA s'estavérée être un frein car les techniques de polymérisation choisies n’ont pas permis la synthèse de massesmolaires suffisamment élevées pour obtenir le comportement typique d'une étoile possédant les niveaux decomplaisance visés. Etant donné qu'une grande part de l'énergie dissipée lors du décollement est due à laformation et à l'extension d'une structure fibrillaire, nous avons proposé d'explorer les propriétés rhéologiquesdans le domaine linéaire mais également aux grandes déformations par des tests d'élongation. Par ailleurs, destests de tack avec une visualisation par caméra rapide des phénomènes ayant lieu au sein des échantillons durantle décollement ont été mis en place. Nous avons confronté les propriétés rhéologiques et les performancesadhésives pour toutes les structures analysées. Des mélanges de polymères linéaires avec une très haute massemolaire peuvent présenter du rhéodurcissement, et nous avons confirmé que les conditions d'apparition sontlimitées si la polymolécularité devient trop importante. Pour les polymères en étoile, nous avons plusparticulièrement analysé l’importance de la complaisance d’équilibre sur les performances adhésives. Lescopolymères à bloc présentant une tenue suffisante pour être analysés en élongation ont montré un fortrhéodurcissement, mais une propagation de fissure interfaciale lors des tests de tack, par manque dedéformabilité, empêchant de bénéficier de l'apport du rhéodurcissement. / In this work, we studied the effect of polymer structure on adhesive properties exploring variousarchitectures including stars having three very long arms and branched themselves, synthesized with severalsteps by controlled radical polymerization. We also studied linear polymers and block copolymers. They havebeen made with poly(n-butyl acrylate) naturally sticky at room temperature, allowing to work withoutformulation. However, high molecular weight between entanglements of PnBA has shown to be a brake becausechosen polymerization techniques did not allow the synthesis of sufficient high molecular weights to obtaintypical behavior of star having targeted compliance levels. Considering that a large part of the energy dissipatedduring debonding is due to the formation and extension of a fibrillar structure, we proposed to explore linearrheological properties but also at large strains with elongational tests. Furthermore, tack tests with high-speedcamera display of phenomena occurring within samples during debonding have been set up. We comparedrheological properties with adhesive performances for all analyzed structures. Linear polymers blended with veryhigh molecular weight could exhibit strain hardening, and we confirmed that appearance conditions are limitedwith polydispersity. For star-shaped polymers, we particularly analyzed the impact of the compliance on adhesiveperformances. Block copolymers having a sufficient holding to be analyzed in elongation have shown a strongstrain hardening, but propagation of interfacial fracture during tack tests, because of a deformability lack,preventing the strain hardening benefit.

Dans cette thèse, la Méthode des Points Matériels (MPM) est étendue à l’approximation de Galerkin Discontinue (DG) et appliquée aux problèmes hyperboliques en mécanique des solides. La méthode résultante (DGMPM) a pour objectif de suivre précisément les ondes dans des solides subissant de fortes déformations et dont les modèles constitutifs dépendent de l’histoire du chargement. A la croisée des méthodes de types éléments finis et volumes finis, la DGMPM s’appuie sur une grille de calcul arbitraire dans laquelle des flux sont calculés au moyen de solveurs de Riemann approximés sur les arêtes entre les éléments. L’intérêt de ce type de solveurs est qu’ils permettent l’introduction de la structure caractéristique des solutions des équations aux dérivées partielles hyperboliques directement dans le schéma numérique. Les analyses de stabilité et de convergence ainsi que l’illustration de la méthode sur des simulations de problèmes unidimensionnels et bidimensionnels montrent que le schéma numérique permet d’améliorer le suivi des ondes par rapport à la MPM. Par ailleurs, un deuxième objectif poursuivi dans cette thèse consiste à caractériser la réponse des solides élastoplastiques à des sollicitations dynamiques en deux dimensions en vue d’améliorer la résolution numérique de ces problèmes. Bien qu’un certain nombre de travaux aient déjà été menés dans cette direction, les problèmes étudiés se limitent à des cas particuliers. Un cadre unifié pour l’étude de la propagation d’ondes simples dans les solides élastoplastiques en déformations et contraintes plane est proposé dans cette thèse. Les trajets de chargement suivis à l’intérieur de ces ondes simples sont de plus analysés. / In this thesis, the material point method (MPM) is extended to the discontinuous Galerkin approximation (DG) and applied to hyperbolic problems in solid mechanics. The resulting method (DGMPM) aims at accurately following waves in finite-deforming solids whose constitutive models may depend on the loading history. Merging finite volumes and finite elements methods, the DGMPM takes advantage of an arbitrary computational grid in which fluxes are evaluated at element faces by means of approximate Riemann solvers. This class of solvers enables the introduction of the characteristic structure of the solutions of hyperbolic partial differential equations within the numerical scheme. Convergence and stability analyses, along with one and two-dimensional numerical simulations,demonstrate that this approach enhances the MPM ability to track waves. On the other hand, a second purpose has been followed: it consists in identifying the response of two-dimensional elastoplastic solids to dynamic step-loadings in order to improve numerical results on these problems. Although some studies investigated similar questions, only particular cases have been treated. Thus,a generic framework for the study of the propagation of simple waves in elastic-plastic solids under plane stress and plane strain problems is proposed in this thesis. The loading paths followed inside those simple waves are further analyzed.

Orientadora: ProfªDrª Márcia Helena Alvim / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ensino, História, Filosofia das Ciências e Matemática, 2014. / O presente estudo discute sobre a inserção de componentes históricos no ensino das Ciências,no Ensino Fundamental I, a partir da construção e análise de uma proposta didático-metodológica. A pesquisa, caracterizada como estudo de caso, busca inserir a História das Ciências em sala de aula,justificando-se que ela favorece a compreensão da natureza da ciência e de como o conhecimento científico é construído, contribuindo para a formação crítica do cidadão, em uma proposta de Educação Científica. Desta forma, buscamos responder se é possível utilizar a História da Ciência nos anos iniciais do Ensino Fundamental, numa perspectiva interdisciplinar, como elemento contextualizador, de modo a favorecer a compreensão do processo de construção dos conhecimentos científicos. Apresentamos neste estudo a proposta didática, desenvolvida no 3º ano do ensino fundamental, com o tema das Grandes Navegações Portuguesas, tendo por objetivo analisar a contribuição da HC para o ensino das ciências.Por abordagem histórica elegemos a História dos Instrumentos de navegação marítima dos séculos XV e XVI, numa perspectiva interdisciplinar, favorecendo uma discussão contextualizada das relações existentes e da natureza da ciência. As atividades planejadas, organizadas em forma de sequência didática, foram aplicadas e analisadas aluz dos referenciais teóricos que embasam esta investigação, cujos resultados, corroboram com a inclusão e utilização da HC no ensino, aliada a atividades que possibilitem ao aluno perguntar, pesquisar, refletir, investigar, contribuindo para sua alfabetização cientifica, discutindo a ciência enquanto construção humana, dentro de uma proposta de Educação Científica. / This study isabout the inclusion of historical components in teaching Science in Elementary Education I, from the construction and analysis of a didactic-methodological proposal. The research, characterized as a case study intends toincluding the History of Sciences in class, justifying that it leads to understanding the nature of science and how the scientific knowledge is constructed, contributing to the critical education of citizens, in a proposal for Scientific Education. Thus, we try to answerif it is possible to use the History of Sciences in the initial years of the Elementary School, in an interdisciplinary perspective, as contextualizingelement in order to promote the understanding of the construction process of scientific knowledge. We present in this study the didactic proposal developed in the thirdyear of elementary education, with the theme of the Great Portuguese Navigations, in order to analyze the contribution of HS to science education. Using ahistorical approach, we chosethe History of Instruments, with emphasis on marine navigation instruments of the fifteenth and sixteenth centuries, promoting a contextualized discussion of the existing relations and the nature of science. The activities planned, organized into a didactic sequence, were applied and analyzed according to thetheoretical references that support this research, whichresults corroborate the inclusion and use ofHS in teaching, combined with activities that enable students to ask, research, reflectandinvestigate, contributing to their scientific literacy, by discussing science as a human construction, within a proposal for Science Education.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6632_1.pdf: 6764865 bytes, checksum: 22507d03f369d858a9f0f728efb1c48b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese apresenta uma avaliação da resistência ao cisalhamento de resíduos sólidos urbanos com codisposição de lodo de tratamento de esgoto. Neste sentido, verifica-se através de ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões sua influência nos parâmetros de resistência, e por outro lado, verifica-se através de reatores em escala de laboratório a alteração dos processos biodegradativos dos resíduos sólidos na geração de gases (concentração, pressão e vazão). Avalia-se também, a influência de materiais fibrosos presentes nos resíduos (plásticos, têxteis, dentre outros) como elemento de reforço na resistência ao cisalhamento. Para o desenvolvimento desta pesquisa, foi construído um equipamento de cisalhamento direto de grandes dimensões onde foram realizados ensaios com amostras com três diferentes composições, utilizando-se resíduos sólidos pré-tratados mecanicamente, sendo: 1) amostra total; 2) resíduos com redução dos materiais fibrosos; 3) resíduos com adição de lodo. Finalmente, foi realizada uma análise de estabilidade de taludes de RSU, utilizando-se a geometria usual de projetos de aterros sanitários, onde foram considerados: sua composição com e sem codisposição de lodo; o efeito das fibras como componente de reforço; e a influência de poro-pressão de lixiviados e do biogás. Os resultados da pesquisa mostram a importância dos componentes fibrosos na resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos, conferindo altos valores aos parâmetros de resistência devido à tensão de tração das fibras. Verificou-se também que é possível se atingir poro-pressões de biogás e lixiviado muito altas, dentro de uma situação de estabilidade

Les objectifs ambitieux, fixés aux acteurs du secteur automobile par les pouvoirs publics, en matière d'émission de polluants et de gaz à effet de serre rendent aujourd'hui indispensable une compréhension plus fine de la combustion dans les moteurs. La simulation 3D aux grandes échelles (LES) représente une voie prometteuse pour répondre à ces enjeux. Elle permet l'étude de phénomènes transitoires complexes inaccessibles avec des moyens expérimentaux ou des méthodes de calculs traditionnelles de type RANS. Ce travail de thèse est une première étape vers la simulation LES de l'injection de carburant liquide dans les moteurs à piston. Il a consisté à adapter le code de calcul aux particularités physiques de l'injection directe, technologie qui se généralise actuellement à tous les types de moteurs à piston. Dans un premier temps, et afin de s'affranchir du calcul 3D complexe en sortie d'injecteur, une méthodologie originale, consistant à initier le calcul en aval de l'injecteur, est proposée et validée sur différents cas. Pour la simulation 3D, l'approche Eulérienne mésoscopique, à laquelle est ajouté un modèle d'interaction particules-particules, est utilisée pour simuler le spray. Les simulations ont été premièrement validées par comparaison expérimentale dans des conditions proches de l'injection Diesel. De plus, une étude sur la dynamique du spray a permis de mieux comprendre son évolution et de dégager des points communs avec un jet de gaz turbulent. Des simulations complémentaires ont également montré la prédictivité de la LES sur des injections Diesel réalistes. Enfin, un premier calcul moteur à injection directe a été réalisé et a permis de valider les développements réalisés dans le cadre de cette thèse. / Car manufacturers are facing increasingly severe regulations on pollutant emissions and fuel consumption. To respect these regulations, a better understanding of combustion processes is needed. Large Eddy Simulation (LES) is becoming a promising tool for such issues as it allows the study of complex unsteady phenomena which can not be analysed with RANS simulations or experiments. The present work is a step towards the LES of liquid injection in piston engines. The numerical code has been adapted to the specifications of Direct Injection which is more and more used in industry. Firstly, in order to avoid the difficulties linked to the 3D simulation of cavitation, primary break-up and turbulence in the near-nozzle region, an original methodology, based on an injector model, has been proposed. The idea is to initiate the spray physics downstream to the injector exit. Then LES 3D simulations of spray have been conducted using the Eulerian Mesoscopic approach extended to dense dispersed sprays by the addition of a particle-particle interactions model. The simulation results have been validated by comparison with experimental data in Diesel conditions with a low injection pressure. Furthermore a study on the spray dynamics has permitted to better understand its development and to find similarities with a turbulent gaseous jet. Additional simulations on realistic Diesel injection conditions have shown the good predictivity of LES in such cases. Finally, a first simulation of a Direct Injection Engine has been been carried out to assess the developments achieved in this work.

Les turbines aéronautiques doivent satisfaire à des normes d’émissions polluantes toujours en baisse. La qualité du mélange du carburant et de l’air dans la chambre de combustion est responsable de la formation de polluants nocifs pour l’environnement. La simulation aux grandes échelles (LES) permet d’étudier les mécanismes de mélanges turbulents de l’air et du carburant. La prise en compte de l’aspect liquide du carburant injecté devient nécessaire pour prédire correctement l’apparition de vapeur de carburant au sein du foyer. Le but de cette thèse est évaluer la fiabilité des simulations LES Euler-Euler dans une configuration complexe. Les processus d’injection, et d’évaporation du carburant liquide sont analysés et modélisés dans les simulations LES car ils pilotent la formation de vapeur de carburant. Les méthodes numériques pour résoudre les équations continues de la phase dispersée doivent permettre des simulations précises et robustes dans une configuration représentative d’une chambre de combustion. Les simulations présentées dans ces travaux reproduisent l’écoulement diphasique évaporant non-réactif du banc d’essai Mercato. Ce banc est équipé d’un système d’injection d’air vrillé et d’un atomiseur pressurisé-swirlé de kérosène typiques des foyers aéronautiques réels. Dans ces travaux, le modèle pour l’injection de liquide FIM-UR a été développé pour définir les conditions limites conduisant à un spray issu d’un atomiseur préssurisé-swirlé. Le kérosène employé dans les campagnes expérimentales est modélisé dans les simulations par un composé permettant d’obtenir des temps d’évaporation réalistes. Trois stratégies numériques ont été mises en place sur la configuration Mercato. Les comparaisons des résultats numériques aux mesures expérimentales ont permis d’évaluer la stratégie numérique conduisant à la meilleure précision. L’utilisation du schéma centré TTGC associé à un opérateur de viscosité artificielle localisée par un senseur adapté est optimale lorsque l’équation sur l’énergie décorrélée des gouttes est résolue. Cette stratégie permet de contrôler la localisation et les niveaux de viscosité par rapport à un schéma décentré. Les termes sources liés au mouvement mésoscopique permettent de redistribuer l’énergie dans les zones de compression ou de détente de la phase dispersée, et d’obtenir les bonnes répartitions des fluctuations dans la chambre de combustion. La stratégie retenue est comparée aux statistiques de la dynamique du spray résolu par une approche Lagrangienne employant la même injection monodispersse. Le méthode Euler-Euler conduit à la même précision de la dynamique de la phase dispersée que la méthode Euler-Lagrange. L’accès à l’évolution instationnaire de l’écoulement permet d’identifier les mêmes mécanismes de dispersion et de mélange dans les deux simulations. Des différences sur la répartition de diamètre moyen et de carburant dans la chambre ont été mis en évidence et reliés à la polydispersion locale qui n’est pas résolue dans l’approche Euler-Euler monodisperse et qui apparaît naturellement dans l’approche Euler-Lagrange malgré l’injection monodisperse. / Aeronautical gas turbines are facing growing demands on emission reductions. Indeed, the quality of the air-fuel mixture directly triggers the formation of pollutants degrading the environment. Large Eddy Simulation is an accurate numerical method to predict turbulent mixing in combustors. Adding the liquid phase of the fuel in these simulations also becomes necessary to properly predict the injection process and the vaporization of the fuel in the combustion chamber. The purpose of this dissertation is to evaluate the accuracy and reliability of Euler-Euler LES in a complex combustor configuration. The injection and vaporization processes of the fuel liquid phase are both modeled in the present LES as they drive the formation of the fuel gas phase. Moreover, the numerical methods that solve the continuous equations of the disperse phase must be accurate and robust in realistic combustor configurations. The simulations shown in the present study reproduce the non-reactive two-phase flow of the ONERA Mercato test bench. The experimental set-up is equipped with an air-swirler injection system and a pressure-swirled atomizer typical of actual turboengine combustors. In the present work the FIM-UR liquid injection model has been developed. It creates boundary conditions profiles for a liquid spray produced by a pressure-swirled atomizer. Kerosene used in the experiments is modeled in the present numerical simulations by a single species leading to a good estimate of the vaporization rate. Three numerical strategies have been tested on the Mercato configuration. Comparisons between experimental and LES results help defining the most accurate numerical strategy. The use of the centered numerical scheme TTGC stabilized by a localized artificial viscosity operator is best when the random uncorrelated energy of droplets is also resolved. Unlike an upwind numerical scheme, the selected strategy allows the user to control where and how much artificial viscosity is added. The source terms coming from the mesoscopic movement redistribute the energy in the compression or expanding zones of the disperse phase, and provide the proper distribution of fluctuations in the combustion chamber. The obtained strategy is compared with the statistics provided by a Lagrangian description of the liquid spray in the same mono-disperse injection. The Euler-Euler approach leads to the same accuracy in the same spray dynamics of the disperse phase as in the Euler-Lagrange method. Both unsteady flow simulations also provide the same dispersion and mixing processes in the Mercato set-up. Differences on the mean diameter and the fuel distribution in the combustion chamber are seen and related to the local poly-dispersion that cannot be resolved in the mono-disperse Euler-Euler approach and that naturally appear in the Euler-Lagrange method despite the mono-disperse injection.

Este trabalho tem o objetivo de apresentar o desenvolvimento de uma metodologia para a proteção de retaguarda de linhas de transmissão de grandes áreas, utilizando dados de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizada. O estudo se justifica devido à contínua expansão dos Sistemas de Transmissão, tais como os que fazem parte do Sistema Interligado Nacional. Vale esclarecer que esta expansão pode vir a dificultar a operação e controle do mesmo, o que faz com que seja necessário, um sistema de proteção cada vez mais confiável, que diminua o impacto de eventos danosos de grande porte, e que atenda aos requisitos de um sistema de proteção de grandes áreas. Neste contexto, o modelo do sistema elétrico de potência em análise foi implementado computacionalmente a partir do RSCAD, ambiente computacional e interface gráfica do RTDS® (Real Time Digital Simulator). Como principal passo, o algoritmo desenvolvido verifica a variação da potência ativa em todos os barramentos monitorados do sistema de transmissão e, de acordo com tal variação, associada ao estado dos dois extremos da linha, detecta e aponta a localização de uma situação de falta. Pelos resultados obtidos, a metodologia se mostrou eficiente na detecção e localização da falta em linhas de transmissão para sistemas de grandes áreas. Toda a metodologia desenvolvida, considerações adotadas e os promissores resultados observados serão reportados neste documento. / This work aims to present the development of a methodology for wide area transmission line backup protection, using Synchronized Phasor Measurement Systems. This study is justified due to continuous expansion of Transmission Systems, such as those which are part of the National Interconnected System. It is worth clarifying that this expansion might difficult system operation and control, which makes necessary to have an increasingly reliable protection system, that minimizes the impact of large dangerous events, and, at the same time, supplies the requirements of a wide area protection system. Within this context, the electrical system model under analysis was implemented through RSCAD, which is a RTDS® (Real Time Digital Simulator) computing environment and graphical interface. As main step, the developed algorithm verifies the active power variation in all monitored buses of the transmission system and then, according to such variation, associated with the communication of the variation state of both line sides, detects and indicates the localization of a faulting condition. According to the results obtained, the methodology has shown its efficiency in transmission line faults detection and localization for wide areas of electrical power systems. The entire developed methodology, considerations adopted and promising outcomes will be reported along this document.