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Resumo: De todas as operações, a agitação de fluidos, a troca de calor em tanques e a mistura de pós são, sem dúvida, as mais usuais, principalmente, na indústria de alimentos. Embora exigindo um estudo em separado, é comum estas operações unitárias estarem presentes, em instantes diferentes, no mesmo processo de fabricação. O propósito deste trabalho é enfatizar procedimentos de projeto para problemas práticos nas indústrias de processos envolvendo estas três operações. O modelo matemático proposto para a agitação de fluidos foi aplicado na substituição das tradicionais âncoras por impelidores de pás retas e inclinadas no processamento do suco concentrado de laranja. Observou-se que o tempo de permanência do suco no tanque de resfriamento caiu de quarenta para cinco minutos em decorrência da maior ação de mistura provocada pelas pás retas. O modelo proposto acompanha bem as exigências de potências requeridas pelo suco na medida em que é resfriado...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In all operations, the fluid agitation, the heat tranfer in tanks and the solids mixing are, undoubtedly the more usual, mainly in the food industry. Although requering a present research, is usual this unitary operations to be process. The purpose of this work is to emphasize design project proceeding for practical problems in the process industry involving this three operations. The mathematical model proposed to fluid agitation, was used in the substitution to the traditionals anchors by pitches flat blades in the concentrated orange in cooling tank reduce in 35 minutes resulting of the greater mixture action of the pitches flat blades. That model follow the required power for the juice...(Complete abstract click electronic access below)

La densification extrême des cartes électroniques, couplée à une compacité toujours plus accrue entraîne des contraintes thermiques exacerbées, ceci constitue un verrou technologique à l’évolution des systèmes électroniques.Ce document traite de la modélisation thermique des composants électroniques, et de leur interaction avec des systèmes électroniques en général.Dans une première partie, le concept de modèles compacts, qui est une représentation partielle d’un composant électronique qui s’affranchit de sa géométrie, est abordé. Les différents concepts de modèles numériques sont expliqués et comparés en fonction de leur niveau de précision par rapport à une représentation détaillée d’un composant électronique.Dans une deuxième partie, la modélisation analytique des composants électroniques est développée, pour les composants mono-puces puis multi-puces. Le modèle analytique établi est basé sur la résolution 3-D de l’équation de la chaleur par les séries de Fourier dans un domaine multi-couche et avec des sources de chaleur volumique. Le modèle analytique est également comparé à une modélisation numérique dans le but de quantifier l’avantage de ce type de modélisation.Le concept de modèles compacts temporels est validé expérimentalement dans la troisième partie de ce document. Les modèles compacts explicités dans la première partie sont confrontés à des essais expérimentaux en régime transitoire. Ces essais démontrent que les modèles compacts temporels permettent d’obtenir un écart de température inférieur à 10%, ceci quelle que soit la configuration des véhicules de test thermique.Une quatrième partie s’attache sur un nouveau concept de modèles simplifiés dans le cas où la géométrie des composants électroniques n’est pas connue. Ce type de modélisation se base sur le modèle analytique de la seconde partie. Il est démontré que celui permet d’obtenir un écart inférieur à 10% avec le modèle numérique détaillé, quel que soit le niveau de complexité du composant.Enfin, la dernière partie aborde la potentielle utilisation des modèles compacts développés pour améliorer la conception d’une carte électronique industrielle. Pour cela, la modélisation compacte de cartes électroniques avec composants enterrés a été explorée. Cette approche s’appuie sur le développement analytique effectuée dans la seconde partie des travaux exposés avec pour objectif d’accentuer la capacité à modéliser les cartes possédant de multiples couches. Une méthode intelligente de calcul des diverses couches d’une la carte électronique a été établie. Celle-ci offre la possibilité d’explorer rapidement diverses options d’une conception tout en préservant un niveau de précision important. / The extreme densification of electronic boards, coupled with their size reduction leads to critical thermal stress, resulting in technology barriers to the evolution of electronic systems.This document is about the thermal modelling of electronic components, and their interaction with electronic systems in general.In the first chapter, the concept of compact models, which is a partial representation of an electronic component without its geometry complexity, is addressed. The different types of compact models are explained and discussed in function of their accuracy towards detailed models of electronic components.In a second chapter, the analytical modelling of electronic components is developed, for mono and multi chips packages. The analytical model is based on the resolution of 3-D heat equation by the use of Fourier series for multi-layer domain and volumetric heat sources. The analytical model is therefore compared to numerical models with the goal to quantify the cons and pros of this representation.The concept of dynamical compact models is validated experimentally in a third chapter. The compact models of first chapter are confronted to experimental data in dynamic state. This comparison shows that the developed dynamical compact models have a deviation lower than 10% with experimental results, whatever the configuration of the thermal test vehicles.A fourth chapter introduces a new concept of simplified models, in the case of a lack of information about the geometry of electronic components. This new modelling concept is based on the analytical development of second chapter. It is shown that a discrepancy of less than 10% with detailed numerical models can be achieved, whatever the complexity level of electronic components.Finally, the last chapter deals with a potential way to exploit the developed thermal models for performing industrial board design. Thus, the compact modelling of electronic multilayer boards with buried components in its core layers is investigated.This approach is based on the analytical model of second chapter in order to deal with thin multi-layer electronic boards. A concept of a smart decomposition of the board layers is introduced, which allows a fast design exploration while preserving a high accuracy level.

This Master’s thesis focuses on the design of vertical heat recovery steam generators. This work focuses on three main objectives. The first objective is to describe the heat recovery steam generators, there basic principle and construction. The second focal objective is thermal calculation, design of heat tranfer surfaces and choice of materials. The third objective was to calculate the boiler loss, hydraulic calculation and subsequent design of the drum dimensions.

Le silicium est très utilisé dans la production de cellules photovoltaïques mais très peu pour les applications sous concentration. Il possède pourtant un fort potentiel sous concentration grâce à son faible coût et la maturité de sa filière industrielle. De plus, il est possible d'avoir recours à la cogénération pour augmenter fortement les rendements énergétiques du système. La concentration et la cogénération impliquent un fonctionnement de la cellule à une température plus élevée que les conditions standards de test des cellules photovoltaïques. Cela engendre le besoin de connaître le comportement thermique et électrique de la cellule en fonction de sa température de fonctionnement. La variation de celle-ci, en conditions réelles, est pourtant souvent ignorée. Pour remédier à cette lacune, nous présentons un modèle électro-thermo-radiatif pour les cellules photovoltaïques en silicium cristallin. Il réalise le couplage de l'ensemble des phénomènes physiques prenant place dans une cellule photovoltaïque sous éclairement. Grâce à de nombreuses analyses effectuées dans le cadre des travaux de cette thèse, l'importance du comportement thermique d'une cellule photovoltaïque pour sa conception est mise en évidence. Entre autres, la variation de la température de la cellule avec sa tension que nous avons confirmé expérimentalement grâce à des mesures de température différentes de 2°C entre le Mpp et le Voc. Un des paramètres majeurs influençant le comportement électrique et thermique d’une cellule photovoltaïque en silicium est la densité de porteurs de charge intrinsèque du silicium, ni. Le développement du modèle électro-thermo-radiatif nous a amené à proposer une nouvelle expression semi-empirique de sa variation en fonction de la température. En complément de ces avancées théoriques, la réalisation de cellules photovoltaïques à contacts arrière interdigités implantées ioniquement (3IBC) a été menée. Nous avons diminué le nombre d'étapes nécessaires à sa réalisation et amélioré sa métallisation grâce à un empilement Si/Ti/Ag permettant d'espérer un gain absolu pour le Jsc de 0.72 mA.cm-2. Un rendement de 14.6% a été obtenu sous 1 soleil avec une cellule 3IBC dont la résistance série est de seulement 0.4 Ω.cm2 ce qui confirme le potentiel des cellules 3IBC pour la concentration linéaire. / Silicon is largely used to produce solar cells but not for applications under concentration. Nevertheless, it has a great potential under concentration thanks to its low cost and the maturity of its industry. Moreover, it is possible to cogenerate electric and thermal power in order to increase the energy output. Cogeneration and concentration imply a higher operating temperature than under standard conditions. Thus, it is interesting to understand the thermal and électrical behavior of the cell as a functiton of its temperature. However the variation of the operating temperature is often ignored. In order to change this, we propose an electro-thermo-radiative model for crystalline silicon solar cells. It couples all phenomenon taking place in an illuminated solar cell. Thanks to this thesis, the importance of the thermal behavior is outlined. For example, the temperature variation as a function of the voltage that we confirmed experimentaly thanks to mesures of the cell temperature at Mpp and at Voc. One of the most important parameters in a silicon solar cell is the intrinsic carrier density, ni. The work on the electro-thermo-radiative model led us to propose a new semi-empirical temperature variation of ni. In addition to these theoretical analysis, we realized ionically implanted interdigitated back contacts solar cells (3IBC). Thanks to this work fewer process steps are needed and the improved metallization (Si/Ti/Ag) possibly lead an absolute Jsc gain of 0.72 mA.cm-2. The efficiency of the best 3IBC cell is 14.6% under 1 sun illumination with a particularly low series resistance (0.4 Ω.cm2) which confirm the potential of such cells for linear concentration.

Implanter une machine électrique dans un véhicule hybride pose avant tout des problèmes d’encombrement. Sous-dimensionner la machine semble légitime compte tenu de l’usage qui en est fait sur véhicule. Par contre, cela suppose que les aspects thermiques soient pris en compte non seulement lors de l’utilisation, mais aussi lors de la conception de la machine. Le phénomène majeur limitant la densité de puissance massique des machines électriques est l’échauffement interne des bobines et des aimants. La modélisation thermique de la machine est complexe compte tenu de la diversité des sources de chaleur et de la coexistence de différents modes de transferts thermiques : conduction dans la matière, convection avec l’eau de refroidissement, conduction, convection et rayonnement dans l’entrefer. En termes de géométrie, si une première approche peut être réalisée en ne considérant que des flux de chaleur radiaux, la composante axiale doit nécessairement être prise en compte dès lors qu’on veut tenir compte aussi des extrémités de machine, et notamment de la chaleur produite par les roulements et les têtes de bobines. Ainsi pour pouvoir analyser pertinemment les transferts thermiques dans la machine, des méthodes numériques de type CFD ont été utilisées pour caractériser le transfert thermique par convection. La caractérisation des échanges thermiques par convection naturelle et forcée a été réalisée à l’intérieur d’une machine synchrone à aimants permanents internes (MAPI). Des relations empiriques ont été proposées afin de prendre en compte le couplage entre la thermique et l’aérodynamique dans les cavités des machines électriques totalement fermées. Afin de valider la pertinence des modèles numériques dans le cadre de ce travail, des mesures thermiques à l’aide des moyens d’essais de l’UTC ont été réalisées. Les résultats de cette étude sont utilisés pour construire des circuits thermiques équivalents qui prennent en compte les phénomènes thermiques complexes dans les machines électriques fermées utilisées dans les véhicules hybrides et électriques. Ces recommandations de conception permettront l’optimisation de l’effort investi pour le refroidissement de la machine électrique dans ses différentes phases de fonctionnement. / The integration of an electrical machine into modern hybrid vehicles is associated with new technical constraints such as the integrability into small volume without losing certainly in performance. Therefore, the development of compacter electrical machines is a well-founded argument for car manufacturers as well as electrical machine designers. On the other hand, this finding assumes that the thermal aspects are undertaken not only during the operation of the electrical machine, but also during the design process. The internal heat generated in different areas impacts strongly the power density and the magnet health which deeply reduce the electrical machine reliability. Heat transfer modeling inside electrical machines is a tricky task because of the strong coupling between the different physics governing their operations. Indeed, the generated losses spread inside the electrical machine through three heat transfer modes which are: conduction (heat diffusion), convection(heat transport) and radiation (heat scattering). In terms of geometry, if a first approach can be carried out by considering only radial heat fluxes, the axially-transferred heat must be undertaken when it is also necessary to consider end caps effects, and particularly the heat released by the bearings. In order to carry out relevantly the thermal analysis of a permanent magnets synchronous machine, CFD based methods are used to characterize the convective heat transfer inside this machine over a large operating range. Both natural and forced convection are analyzed and the corresponding heat transfer coefficients are numerically-estimated. Empirical equations are proposed in order to take into account the coupling between thermal and fluid dynamics inside the cavities of the studied totally-enclosed machine. These correlations are integrated then into a detailed and reduced thermal network. Experimental tests are carried out using a test bench in order to measure temperature distribution in different areas of the electrical machine. Afterward, a comparison between estimated and measured temperatures shows that the results of the numerically-enhanced thermal network are in a good agreement with measurements. Thus, the proposed recommendations based on CFD modeling allow the convective heat transfer to be characterize quickly and precisely. These correlations are useful for upcoming studies dealing with convection inside automotive electrical machines as well as high speed electrical machines.

De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d’échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d’une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d’air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d’état à l’intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d’échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d’echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l’intérieur d'une paroi influence l’évolution et la forme de la couche limite thermique. / Recent experimental studies have shown that the usual values ​​of the convective heat transfer coefficient h are no longer valid in the presence of phase change materials. Three separate models were developed. Initially a model 1 which treats the fluid-wall (constant temperature) interaction in steady laminar flow has been developed and validated. Then, the wall with heat capacity (model 2) subjected to an air temperature ramp were studied. Finally, a third model (3) has been developed which treats the interaction fluid-wall which contains a phase change material. The results show local peaks of heat flow over time. This fact reflects the phase change inside the wall. Moreover, the curves of the convective heat transfer coefficient indicate the dependence of the coefficient h to the wall’s energy storage capacity. Therefore, the presence of the phase change materials within a wall effect and changes the shape of the thermal boundary layer.