The focus of the thesis study is to conduct feasibility studies for the upgrading of Lusiwasi Hydro Power Station in Serenje District of Zambia. The study was undertaken from January to August 2009. The following were the main activities of the study: 1. Conducting literature review 2. Conducting site inspections to the project site 3. Estimation of the load 4. Estimation of power potential based on the flows monitored by the existing gauging station.   Literature review was done on the feasibility studies which were conducted in 1997 by the Consultant Knight Piesold Limited .The feasibility study focused on the need to rehabilitate the Power Station to ensure that it operated at its installed capacity of 12MW. A review was also done on hydrological data from DWA under Ministry of Energy and Water Development and ZESCO. The review process was further supplemented by direct observations and interviews during the site inspections.   As part of site inspection and data collection, two field trips were conducted on the project site, the main objectives of the field trips were to gather data and to familiarise with the operations of the hydro Power Station.   Due to non availability of records for the dam levels, reservoir volume and catchment basin hydrology, a method is adopted in this study to use records from the existing gauging station, which has been in existence since 1965, to estimate potential hydro power. Five different scenarios are developed using Hydata and Microsoft Excel programs to confirm whether the flows from the gauging station could support further expansion of the Power Station. From the results, the model revealed that the flows could only manage to sustain a plant capacity of 12MW with a yearly plant availability of 67%. However, it was further observed that if the spilled water from the intake weir dam is used to generate power, an additional 30MW could be generated. Therefore the total installed capacity is estimated at 42MW.     The main recommendation and future work for the project include the need to ensure that the proposed Power Station operates as a mid merit station i.e. as base and peaking station in order to avoid significant fluctuation of the water level in the proposed dam reservoir. The other recommendations include the need to install new gauging stations on the upstream of the existing dam so that the hydrology of the catchment area is monitored. Furthermore, there is also need for ZESCO to consider rehabilitating the Power Station as a matter of urgency to ensure that the station operates at its installed capacity of 12MW.

No

Yes / This paper models a hydro turbine based on the dynamic description of the hydraulic system having a surge tank and elastic water hammer. The dynamic of the hydraulic system is transformed from transfer function form into the differential equation model in relative value. This model is then combined with the motion equation of the main servomotor to form the nonlinear model of the hydro turbine, in which the power of the hydro turbine is calculated using algebraic equation. A new control model is thus proposed in which the dynamic of the surge tank is taken as an additional input of control items. As such, the complex hydraulic system is decomposed into a classical one penstock and one machine model with an additional input control. Therefore, the order of the system is descended. As a result, the feasibility of the system is largely improved. The simulated results show that the additional input of the surge tank is effective and the proposed method is realizable. / National Natural Science Foundation of China (50839003, 50949037, 51179079), Natural Science Foundation of Yunnan Province (No. 2008GA027)

Le béton est un des matériaux les plus utilisés pour la réalisation de bâtiments et ouvrages de génie civil. En situation d'incendie, le béton peut présenter une instabilité thermique au-delà d'une certaine température. Les travaux de recherche dans le domaine permettent d'approfondir la connaissance du comportement du béton à haute température afin d'améliorer la sécurité des bâtiments et ouvrages.Le but de ce travail de recherche est d'étudier les transferts couplés de chaleur et de masse dans les bétons, en utilisant des éprouvettes de grandes dimensions. Cette étude porte sur un béton ordinaire (fc28= 37 MPa) et un béton à hautes performances (fc28=73 MPa). Des éprouvettes cylindriques de grandes dimensions (Ø60x60cm) sont confectionnées, conservées jusqu'à maturité du béton puis soumises à un cycle de chauffage-refroidissement de la température ambiante jusqu'à 600°C à une vitesse de chauffage de 0.1°C/min. Des mesures de température (en surface et à différentes profondeurs des éprouvettes), de pression et de perte de masse sont réalisées au cours du cycle de chauffage - refroidissement. Des mesures de propriétés physiques (masse volumique, perméabilité, conductivité thermique) sont aussi effectués sur des éprouvettes de petites dimensions (formes cylindrique Ø15x5 cm et prismatique 12x8x4 cm) à des températures de 80, 150, 300 et 450°C.Une analyse numérique est faite grâce à un modèle thermo-hydrique implanté dans le code CAST'3M afin de comparer les résultats expérimentaux et numériques.Cette étude a ainsi permis d'approfondir la connaissance des phénomènes couplés qui ont lieu au sein du béton lorsqu'il est porté à une température élevée et de mettre en évidence des résultats non observés sur des éprouvettes de petites dimensions.La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que le modèle numérique développé reproduit bien les transferts couplés de chaleur et de masse qui s'opèrent dans le béton lorsqu'il est chauffé de 20 à 600°C. / Concrete is one of the most materials used widely in the construction of buildings and civil engineering materials. In fire conditions, the concrete may exhibit thermal instability beyond a certain temperature. Researches in the field provide a deeper understanding of the behavior of concrete at high temperature in order to improve the safety of buildings and structures.The purpose of this research is to study the coupled heat and mass transfers in concrete, using large samples. This study focuses on an ordinary concrete (fc28 = 37 MPa) and a high-performance concrete (fc28 = 73 MPa). Cylindrical specimens large (Ø60x60cm) are fabricated, conserved until maturity of the concrete and then subjected to a cycle of heating and cooling from room temperature to 600°C at a heating rate of 0.1°C/min. Measurements of temperature (at surface and at various internal depths of the specimens), pressure and mass loss are carried out during heating-cooling. Measurements of physical properties (density, permeability, thermal conductivity) are also carried out on samples of small dimensions (cylindrical and prismatic shape: Ø15x5 cm and 12x8x4 cm) at temperatures of 80, 150, 300 and 450°C.A numerical analysis is carried out by a thermo-fluid model implanted in the code CAST'3M in order to compare the experimental and numerical results.This research has allowed to deepen the understanding of coupled phenomena which take place within the concrete when it is heated at a high temperature and to highlight results which were not observed on small samples.The results of experimental and numerical comparison showed that the numerical model developed reproduces the coupled heat and mass transfers occurring in the concrete when it is heated from 20 to 600°C.

Ce travail de thèse est une étude multi-échelles de temps de la morphodynamique d'une île barrière soumise à des conditions de forçages paroxysmaux de mousson, de tempêtes tropicales et de typhons. Cette étude se concentre dans un premier temps, sur un large travail de terrain effectué dans le cadre du projet KUN-SHEN. Sept mois de mesures (de novembre 2011 à janvier 2012 et de mai à septembre 2012) ont permis l'acquisition d'un jeu de données inédit dans la littérature, exhaustif et de haute résolution temporelle et spatiale. Des mesures hydrodynamiques du large jusqu’à la zone de jet de rive ont été acquises en parallèle d'un suivi topographique de la plage émergée. Les mesures de vagues ont été acquises à partir d'une bouée au large, de deux houlographes-courantomètres en avant-côte (mesures en continu à 2 Hz) ainsi que de pressiomètres enfouis dans la plage sub-aérienne (mesures en continu à 5 Hz). Les levés topo-bathymétriques ont été réalisés au D-GPS (résolution centimétrique) une fois par semaine pendant la saison de mousson et juste après et avant chaque événements de tempêtes extrêmes pendant la saison des typhons. Le travail d'analyse cible ensuite la morphodynamique de la zone de jet de rive et de la plage émergée sur un panel d’échelles spatio-temporelles allant de l'instantanée à annuelle. A l’échelle instantanée, ce sont les variations d’élévation de la surface libre de l'eau et du lit sableux (quelques secondes) qui sont observées au cours de chacune des phases (montant, apex, tombant) de la tempête tropicale Talim (juin 2012, Hs = 10.34 m et Ts = 14.6 s). Pour le même événement de tempête, la réponse morphologique de toute la plage émergée est ensuite décrite et quantifiée dans le détail à l’échelle événementielle (quelques jours). Les bilans sédimentaires de chacune des saisons sont ensuite quantifiés dans le but de caractériser la dynamique saisonnière (quelques mois) à annuelle d'une barrière sableuse soumise à deux types de forçages extrêmes différents (mousson/typhons). L'impact sur le front de plage, des groupes de tempêtes faibles à modérées pendant l'hiver est ainsi comparé à l'impact des tempêtes extrêmes pendant l'été. On souligne finalement 1) l'importance d'un jeu de mesures in-situ de bonne qualité dans un travail d'analyse morphodynamique, 2) l'essentialité de l’emboîtement des échelles spatio-temporelle ainsi que 3) le rôle du profil morphologique héritée dans la réponse morphologique d'une plage émergée lorsqu'elle est soumise à des conditions de forçages de vent et de vague extrêmes. / This work focuses on a multi-scale analysis of a sand barrier morphodynamics exposed to paroxysmal forcings of monsoon, tropical storms, and typhoons. The study provided a large dataset of in-situ measures acquired in the framework of the KUNSHEN project. Seven months of field work (from November 2011 to January 2012 and from May to September 2012) provided a new, exhaustive and hight resolution measures. Measures of hydrodynamic conditions from offshore to the swash zone are acquired as well as high frequency topographic surveys of the emerged beach. Waves monitoring are from an offshore buoy, two current profilers in the shoreface (continuous measures at 2 Hz) and pressure sensors buried in the sub-aerial beach (continuous measures at 5 Hz). The topo-bathymetric surveys were acquired using D-GPS (centimetric resolution) one time a week during winter season of monsoon and just before and after each extreme storm during summer season of typhoons.Then, analysis focus in the morphodynamics of the swash zone and the emerged beach on a range of scales from instantaneous to one year. At the instantaneous scale, we analyze variations of the water surface fluctuation and sand bed elevation (seconds) during each phases (rising, apex and falling) of the Talim tropical storm (June 2012, Hs = 10.34 m and Ts = 14.6 s). Concerning the same storm, we characterize the morphologic changes of the whole emerged beach at the evenemential scale (days). Sand balances of each seasons are quantified in order to characterize the dynamics from seasonal scale (months) to annual scale of a sand barrier driven by two types of extreme forcings (monsoon/typhoons). On the beach-front, impact of groups of winter weak storms is compared to the impact of extremes tropical storms and typhoons. To conclude, we highlight 1) importance of in-situ measures in morphodynamic studies, 2) the major role of scales stacking and 3) the role of herited beach profile in the morphologic responses of the emerged beach driven by extremes forcings of wind and wave.

Le développement de structures portantes flexibles dans le domaine naval, telles que les hélices ou les safrans, pose de nouveaux problèmes de dimensionnement. Cette thèse a pour but de développer une méthode de dimensionnement validée par des essais pour des structures portantes déformables soumises à des écoulements, éventuellement diphasiques de type cavitant. Les essais sont réalisés sur un hydrofoil de type NACA66-312(mod.), fabriqué en polyacetate, au sein du tunnel hydrodynamique de l'Institut de Recherche de l'Ecole Navale. Lors des essais, des mesures de déformations du profil portant ainsi que de niveaux vibratoires sont réalisées. Une méthode numérique couplant un code structure éléments finis (ANSYS Mechanical) avec un code fluide volumes finis (ANSYS CFX) par une méthode partitionnée, itérative, synchrone et séquentielle, laquelle est validée en terme de prédiction du déplacement et des contraintes pour des écoulements subcavitants dans un premier temps, puis pour des écoulements cavitants stables et instables. / The design of flexible lifting bodies in the naval industry, such as propelleror rudders, create some new design problems. This thesis proposes a numerical method validated by experimental comparison for solving the case of lifting bodies loaded by flow with or whitout cavitation. The tests are carried out in the hydrodynamic tunnel of the French Naval Academy Research Institute, on a polyacetate flexible hydrofoil NACA66-312 (mod.). During tests, strains and vibrations are measured for comparisons with numerical results. The numerical method uses a sequential synchrone iterative partitionned coupling betweena structural finite-element code (ANSYS Mechanical) and a finite-volume code (ANSYS CFX). Good agreement between numerical and experimental results for displacements, and stresses of the structure is highlighted. For the cavitating flow, a good agreement for the cavitation dynamic is observed and the stresses are evaluated with satisfying accuracy.

Master of Science / Department of Electrical and Computer Engineering / Dwight D. Day / Micro-hydro turbines generate power for small villages and industries in Afghanistan. They usually produce less than 100 kW of power. Currently the flow into the turbine is controlled manually and the voltage is controlled automatically with an electronic load controller. Excess power not used by the village is dumped into a community water heater. For larger sites that have a reservoir and/or large variable load throughout the day and night, the turbine needs to be fitted with an automatic flow control system to conserve water in the reservoir or deal with the variable loads. Large turbines usually use hydraulic governors that automatically adjust the flow of water into the turbine. For micro-hydro sized plants this method would be too expensive and be difficult to build and maintain locally. For this reason, a 3 phase AC induction motor will be used to move the internal flow control valve of the turbine. Because a sudden change in load is possible (30 – 40%) for micro-hydro plants, the electronic load controller will also be needed to respond to quick changes in load so that the village voltage does not exceed 220V. This report documents the process of building a test system comprising of a dynamic resistive load, microcontroller controlled resistive load, a three phase AC generator and a DC Motor. Where the dynamic resistive load represents the load of the village, the computer controlled resistive load would represent the community water heater, the three phase AC generator represents the Generator on site and the DC Motor together with its DC input voltage would emulate the turbine and its water flow respectively. The DC input voltage would be also controlled with a PWM signal through a delay loop to represent the water gate delay effects on the turbine as close as possible. With this, it would be possible to completely build and test a control system that emulates the dynamics of a water turbine generator.

Ce mémoire de maîtrise analyse les influences transnationales qui ont mené à la nationalisation de l’électricité au Québec. En contraste avec les précédentes études sur Hydro-Québec voulant que les incitatifs locaux fussent la source exclusive de la nationalisation de l’électricité au Québec, cette recherche vient démontrer que les idées transnationales ont été tout aussi influentes. Tout au long du récit, on voit que la conjoncture politico-économique de refonte du libéralisme économique classique vers une version plus keynésienne de l’économie occidentale a été un stimulant de première importance pour la nationalisation de l’électricité au Québec. Dans le premier chapitre sont détaillées les nationalisations d’électricité de l’Ontario, de la Vallée du Tennessee et de la France, ainsi que les relations qu’elles ont eues entre elles et avec le Québec. Dans un second temps, il est démontré que l’étatisation de l’électricité en Ontario au début du XXe siècle et celle de la Vallée du Tennessee durant la crise économique des années 1930 ont été des incitatifs majeurs pour le projet menant à la nationalisation de la Montreal Light Heat & Power en 1944. Enfin, dans le troisième chapitre, ce sont les influences venant des nationalisations d’électricité étasunienne, ontarienne et française sur la nationalisation de l’ensemble des compagnies d’électricité québécoises de 1963 qui sont analysées. / This thesis explores the transnational forces that led to the nationalization of electricity in Quebec. In opposition to the traditional narrative that sees the nationalization in Quebec as a product of the local incentives, we look at the transnational ideas that were as important for the realization of the project. Throughout the text, we see that the Keynesian context that led western states to be more interventionist in the economy was a major influence on the nationalization of electricity in Quebec. In the first chapter, we detail the nationalization of electricity in Ontario, in the Tennessee Valley and in France, and the links between them and with Quebec. Secondly, we show that the nationalization of electricity in Ontario in 1906 and in the Tennessee Valley in 1933 were key for the nationalization of the Montreal Light Heat & Power in 1944. Finally, the third chapter explores how the nationalisation of electricity in Ontario, United States and France were influential on the nationalization of all the electric companies in Quebec in 1963.

La présente étude vise à comprendre le comportement chimico-hydro-mécanique des argiles raides à travers deux formations géologiques, l'argile de Boom et les argiles yprésiennes, qui sont censées être des formations hôtes potentielles pour le stockage de déchets radioactifs en Belgique. Le comportement volumique a été étudié tant à l'état intact qu'à l'état reconstitué, et sous différentes conditions : K0 et isotrope, sous des boucles de chargement - déchargement. Les résultats obtenus montrent que le comportement volumique de ces argiles est gouverné par la compétition entre l'effet physico-chimique et l'effet mécanique, caractérisée par une contrainte seuil qui correspond à la contrainte de gonflement en termes de changements de structure. Une loi de comportement volumique a été ainsi développée afin de décrire cet aspect. La perméabilité a été déterminée, comparée avec les résultats dans la littérature et corrélée avec les paramètres comme l'indice des vides. La variation de la perméabilité avec la profondeur ont mis en évidence le rôle déterminant des macro-pores dans le transfert des fluides. Le comportement volumique et la perméabilité des argiles de Boom et yprésiennes intactes sont aussi influencés par la variation de la composition chimique de l'eau de pore, qui modifie la double couche diffuse et favorise l'agrégation des particules argileuses. Les caractéristiques élastiques, la surface de charge et l'enveloppe de rupture ont été identifiées pour le comportement déviatorique des argiles de Boom et yprésiennes. Un modèle élasto-plastique conceptuel a été développé permettant de tenir compte des effets du gonflement et de la compétition entre l'effet mécanique et l'effet physico-chimique / The present research aims to understand the chemo-hydro-mechanical behavior of stiff clays through two geological formations, the Boom Clay and the ypresian clays which are considered as possible host formations for the radioactive wastes disposal in Belgium. The volume change behavior was studied in both intact and reconstituted states, and under different conditions: under K0 and isotropic loading, under loading/unloading loops. The results show that the volume change behavior is governed by the competition between the physico-chemical effect and the mechanical effect, characterized by a threshold stress which corresponds to the swelling stress in terms of structure changes. A constitutive law was developed to capture this aspect. The permeability was determined, compared with the results in literature and correlated with the parameters as void ratio. The permeability variation with depth shows the important role of macro-pores in fluids' transfer. The volume change behavior and permeability of intact Boom Clay and ypresian clays are also influenced by pore water chemical composition changes which modify the diffuse double layer and give rise to the aggregation of clay particles. The elastic parameters, yield curve and failure envelope of Boom Clay and ypresian clays were identified. A conceptual elasto-plastic model was developed, accounting for the swelling effects and the competition between the physico-chemical effect and the mechanical effect

Dans les dernières années, les incendies majeurs dans les tunnels ont causé des dommages importants. Dans ces conditions extrêmes (la température dépasse rapidement 1200 °C), l'augmentation de pression dans les pores, la dilatation thermique empêchée, l'incompatibilité de dilatation thermique entre la pâte du ciment et des granulats, la déshydratation ... sont des principaux mécanismes de dégradation qui peuvent être à l'origine de l'écaillage. L'écaillage progressif pendant l'incendie se manifeste par le détachement de la surface du béton par petits morceaux réduisant ainsi la section résistante et pouvant conduire à une rupture prématurée de la structure. Dans cette thèse, un modèle éléments finis THM est enrichi par un modèle d'écaillage progressif en proposant un critère d'écaillage de type détachement-flambement. La partie thermo-hydrique du modèle THM est basée sur l'approche à trois fluides en milieux partiellement saturés. Le comportement mécanique est développé dans le cadre d'une approche thermo-poro-mécanique couplée à l'endommagement et à la plasticité adoucissante. Cette modélisation de l'écaillage conduit à un problème avec frontière et conditions aux limites évolutives. Une stratégie de résolution numérique sans remaillage a été développée pour transférer les conditions aux limites THM simultanément avec l'occurrence de l'écaillage. L'implémentation du modèle dans le code aux éléments finis CESAR-LCPC a permis de procéder à différentes études paramétriques et à des confrontations avec des essais pour évaluer les capacités opérationnelles du modèle à décrire l'occurrence de l'écaillage et identifier les paramètres majeurs qui la contrôlent / In the recent years, there were major tunnels fires which caused fatalities and severe traffic restrictions. In such extreme conditions (temperatures exceeding 1200 °C for considerable time spans), pore pressure build-up, restrained thermal dilatation, cement paste to aggregate incompatibility, dehydration... are some main degradation mechanisms of concrete that may cause its thermal spalling. Progressive concrete spalling occurring during a fire presents as the breakdown of surface layers which flake into small pebble-like pieces. Then, the resistant section of the structure reduces which may lead to its premature failure.In this thesis, a THM finite element model is enriched with a detachment-buckling type criterion for progressive spalling. The thermo-hygral part of the THM model is based on the three fluid approach for partially saturated porous media. The mechanical part is derived within the framework of thermo-poro-mechanics coupled to damage and softening plasticity.The adopted modeling of spalling leads to a problem with evolving boundary and boundary conditions. A suitable numerical solution strategy without remeshing is then developed in order to transfer properly the THM boundary conditions simultaneously with spalling occurrence.The efficiency of the model THM-Spalling is illustrated by some numerical examples and by parametric studies. These studies identify the influence, on spalling, of size variation of spalling flakes, the average spalling velocity and uncertainties on different material parameters. Confrontation with experimental tests shows satisfactory capacity of the THM-Spalling model in reproducing qualitatively the occurrence of spalling