Bibliography: leaves 190-212. / xxiii, 240 leaves : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / This thesis describes a thrust vectoring nozzle (TVN) which produces a jet which may be deflected at angles in excess of 80o from the nozzle axis by fluid dynamic means, while maintaining total thrust efficiency of the order of 50%, or at 50o with an efficiency of the order of 70%. The thrust vectoring by fluid dynamic means is achieved by injecting secondary fluid at the nozzle throat and partially separating the primary jet causing it to deform. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Mechanical Engineering, 1995

Title page, abstract and table of contents only. The complete thesis in print form is available from the University of Adelaide Library. / This thesis examines the internal and near external flow fields of a nozzle which produces a naturally precessing fluidic jet (FPJ). The internal flow is investigated by phas-eaveraged Laser-Doppler anemometry (LDA) using a total pressure probe as a phase sensor, while the external flow is investigated primarily by phase-averaged Particle Image Velocimetry (PIV) using a pair of hot-wire probes as the phase sensor, and LDA. The internal flow results partially confirm the flow structure proposed by earlier investigators and demonstrate the effect of the reversed axial flow on the internal jet within the FPI chamber. The results also support the presence of a driving vortex proposed in the literature. A plethora of experimental techniques progressively reveal the characteristics and features of the external precessing jet. The characteristics of the jet at the exit plane are found to be sensitive to inlet conditions and to inlet Reynolds number. The structure of the flow emerging from the FPJ exit is revealed, and found to contain several significant vortical features. Based on the evidence gathered from all the experiments, a new flow structure of the external precessing jet is proposed. Finally, the new experimental data are used to define Strouhal and Reynolds numbers based on the actual characteristics of the emerging jet. These allow the FPJ flow to be compared with other flows such as mechanical precessing jets. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1109306 / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Mechanical Engineering, 2004

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2003. / Vita. Includes bibliographic references (p. 251-262). Also available via the Internet.

Les micro-jets de plasma, se propageant dans un flux d'hélium entouré d'air libre, à pression atmosphérique et à température ambiante, ont attiré l'attention des chercheurs depuis une dizaine d'années. Ces micro-jets sont créés dans une décharge à barrière diélectrique alimentée par des impulsions de tension. Ils se propagent dans le flux d'hélium à l'extérieur de la DBD sous la forme d'une onde d'ionisation. Le plasma est confiné spatialement là où l'hélium est dominant, car l'ionisation de l'air nécessite un champ électrique plus important que celui présent dans le front d'ionisation. Leurs applications biomédicales sont prometteuses car ils permettent de produire des espèces réactives à quelques centimètres de distance de la DBD sans augmenter la température du gaz. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer une meilleure compréhension de l'influence des conditions expérimentales et de la géométrie de la DBD sur les propriétés des jets de plasma. À ces fins, l'écoulement d'hélium a été étudié expérimentalement et numériquement, et des simulations sur la génération et la propagation du micro-jet de plasma ont été réalisées. / Microplasma jets propagating in a helium flow surrounded by air at ambient pressure and temperature have attracted the attention of many researchers over the past decade. These microplasma jets are ignited in a cylindrical dielectric barrier discharge (DBD) powered by impulse or sinusoidal voltage pulses with an amplitude of several kilovolts and then propagate as an ionization wave in the helium flow outside the DBD. The plasma so-generated is confined to the region where helium is the dominant species because ionization of the surrounding air requires a significantly higher electric field strength than is present at the ionization front in the plasma jet. The putative biomedical applications of microplasma jets are particularly promising because they provide a way of producing reactive oxygen and nitrogen species some centimeters downstream from the DBD without significant gas heating. The objective of the work reported in this thesis has been to develop a better understanding of the influence of the operating conditions and geometry on the properties of the plasma jets. To this end, experimental and numerical studies of the hydrodynamics of the helium flow and simulations of the generation and propagation of the microplasma jet have been carried out.

Les pompes à chaleur thermoélectriques (PACTE) présentent différents avantages par rapport aux pompes à chaleur thermodynamiques classiques. Plus particulièrement, les performances des PACTE sont intéressantes lorsque les écarts de température entre sources sont modestes, ce qui est par exemple le cas du chauffage aéraulique des bâtiments basse consommation (BBC) à partir d'une Ventilation Mécanique Double Flux (VMC DF). L'objectif de l'étude est donc de développer un démonstrateur de pompe à chaleur thermoélectrique réversible capable d'assurer la puissance de chauffage/refroidissement nécessaire à un logement de type BBC. Ce travail repose sur différents modèles analytiques et numériques validés expérimentalement. Cette étude vise à concevoir un système de pompe à chaleur thermoélectrique performant, l'objectif étant l'amélioration du coefficient de performance (COP) de la PACTE. Les transferts de chaleur à la surface des éléments thermoélectriques sont intensifiés par la technique du jet impactant, et le dimensionnement du système est optimisé en fonction des conditions d'utilisation. Avec le démonstrateur de résultats précédents de la PACTE, le COP saisonnier a été déterminé. Après couplage au bâtiment, cela a permis de montrer une nette amélioration des performances du système. / As house heating tends to be more efficient, Thermoelectric Heat Pump (THP) is an interesting alternative to classic thermodynamic system (with mechanical vapor compression system). In particular, THP becomes favorable as soon as the sources temperature difference is small, which is the case in energy efficient buildings with an exhaust/supply mechanical ventilation system (ESMVS). The objective of the study is to develop a reversible THP prototype capable of supplying the heating / cooling power needed in an energy efficient building. This work is based on different analytical and numerical models validated experimentally. This study aims to develop an efficient thermoelectric heat pump system and to improve its coefficient of performance (COP) by increasing heat transfer on the surface of the thermoelectric elements with impinging jet, and optimizing the THP by dimensioning the system based on operating conditions. With the results obtained with the THP prototype, the seasonal COP is determined. After coupling the THP system to the building, we show an improvement in system performance.

L'atomisation d'un jet circulaire d'eau typique des applications agricoles est présentée dans cette étude. Maîtriser la dispersion de l'eau à des fins d'irrigation ou de traitements phytosanitaires implique de réduire la consommation d’eau et la pollution de l'environnement. Un cas d'étude simplifié est construit : une buse ronde dn=1.2 mm et d'une longueur Ln=50dn y est considérée. La vitesse d'injection est fixée à UJ=35 m/s et alignée avec la gravité, plaçant le jet liquide dans un régime d'atomisation turbulent. L'écoulement est statistiquement axisymétrique. L'approche est à la fois expérimentale et numérique.Un modèle multiphasique Eulérien de mélange décrit l'écoulement constitué de deux phases. Plusieurs modèles de turbulence U-RANS sont utilisés: k-ε et RSM. Une attention particulière est alors portée à la modélisation des effets de masse volumique variable issus de la formulation du fluide de mélange. Un solveur numérique spécifique est développé à l'aide du code CFD OpenFOAM. Une série de cas d'étude est construite pour tester l'influence de la modélisation de la turbulence et des fermetures de premier/second-ordre des flux massiques turbulents.Les techniques optiques (LDV et DTV) sont déployées pour recueillir des informations statistiques des phases liquide et gazeuse du spray. La campagne expérimentale est réalisée de x/dn=0 jusqu'à x/dn=800. En ce qui concerne la LDV, des gouttelettes d'huile d'olive (~1 µm) permettent d'analyser la phase gazeuse. Une distinction entre les gouttes de liquide et ces traceurs est obtenue par une configuration spécifique de la source laser et le paramétrage de la détection des bouffées Doppler (Filtre-BP et le SNR). Dans la zone dispersée, les mesures par DTV permettent d'estimer les vitesses et les tailles des gouttes. Une attention particulière est portée à l'estimation de la profondeur de champ (DOF) afin d'obtenir une corrélation taille-vitesse des gouttes moins biaisée.Les résultats numériques et expérimentaux concordent pour le champ de vitesse moyenne. Une forte dépendance au modèle de turbulence est trouvée. Cependant, le modèle RSM ne simule pas le comportement du tenseur de Reynolds. En effet, ni l'anisotropie trouvée expérimentalement (R22/R11≈0.05), ni la vitesse de glissement liquide-gaz ne peuvent être reproduites; même avec une fermeture au 2nd-ordre des flux massiques turbulents. Le fort rapport de masse volumique (eau/air), la directionnalité de l'écoulement et la production d'énergie cinétique turbulente peuvent être à l'origine d'une faible dispersion et d'un faible mélange entre les deux fluides. Ce mécanisme n'est pas encore clarifié du point de vue de la modélisation RSM. / A typical water round-nozzle jet for agricultural applications is presented in this study. The dispersion of a liquid for irrigation or pesticides spraying is a key subject to both reduce water consumption and air pollution. A simplified study case is constructed to tackle both scenarios, where a round dn=1.2 mm nozzle of a length Ln=50dn is considered. The injection velocity is chosen to be UJ=35 m/s, aligned with gravity, placing the liquid jet in a turbulent atomization regime. The flow is considered statistically axisymmetric. Experimental and numerical approaches are considered.An Eulerian mixture multiphase model describes the original two-phase flow. Several U-RANS turbulence models are used: k-ε and RSM; where special attention is taken to the modelling of variable density effects from the mixture formulation. A custom numerical solver is implemented using the OpenFOAM CFD code. A series of study cases are constructed to test the influence of the turbulence modeling and first/second-order closures of the turbulent mass fluxes. LDV and DTV optical techniques are used to gather statistical information from both the liquid and the gas phases of the spray. The experimental campaign is carried out from x/dn=0 to x/dn=800. Concerning the LDV, small (~1 µm) olive-oil tracers are used to capture the gas phase, where a distinction between the liquid droplets and tracers is achieved by a specific set-up of the laser power source and the burst Doppler setting (BP-Filter and SNR). On the dispersed zone, DTV measurements are carried out to measure velocities and sizes of droplets. Special attention to the depth-of-field (DOF) estimation is taken in order to obtain a less biased droplet’s size-velocity correlation.Numerical and experimental results show good agreement on the mean velocity field. A strong dependence on the turbulence model is found. However, the RSM does not capture the same behaviour on the calculated Reynolds stresses. Indeed, neither the experimental anisotropy (R22/R11≈0.05), nor the liquid-gas slip-velocity can be reproduced, even with a second-order closure for the turbulent mass fluxes. The strong density ratio (water/air), flow’s directionality and production of turbulent kinetic energy may be the cause of a weak dispersion and mixing between the two fluids. This mechanism is not yet clarified from a RSM modeling point-of-view.

Cette thèse traite de la dynamique des jets et projections liquides faisant suite à l'effondrement de cavités à la surface libre. Une large gamme d'échelle sera considérée : des cavités submillimétriques à décimétriques. La dépendance de la vitesse d'éjection du jet avec la taille de cavité et les propriétés du liquide nous permet de déterminer les lois d'échelle pertinentes et ainsi d'extraire l'essence des mécanismes physiques en jeu. Dans une première partie, les jets sont créés par l'éclatement de petites bulles : la force motrice qui permet de combler la cavité est alors la capillarité. Nous avons mis en évidence les rôles contre-intuitifs de la gravité et de la viscosité. Les aérosols éjectés par ce mécanisme ont ensuite été caractérisés, de leurs tailles à leurs évaporations. Dans une seconde partie, le pendant gravitaire à été considéré via une expérience modèle permettant l'étude de jets issus de cavités centimétriques sculptées à l'air comprimé. Une dynamique originale traduisant une focalisation de liquide et une dissipation localisée à la base du jet a été mise en évidence. Ces jets modèles ont ensuite été comparés à ceux issus de l'impact d'une bille dans un liquide visqueux. Dans la troisième partie, le champ de vitesse dans les jets étirés évoluant dans un régime inertiel a été étudié expérimentalement et théoriquement. La vitesse inertielle en z/t (z la position dans le jet et t le temps) communément utilisé a été caractérisée en fonction de l'alimentation en liquide à la base du jet. / This thesis deals with the dynamics of jets and liquid projections occuring when a cavity collapses at a free surface. A full range of scales will be investigated: from submilimetric cavitis to decimetric ones. The jet velocity dependence with cavity size and liquid properties allow us to establish the right scaling laws and thus to point out the relevant physical mecanisms at play. In a first chapter, jets are created by the bursting of small bubbles: the cavity collapses because of capillary forces. We highligthed the counterintuitive role of both gravity and viscosity. This mecanism gives birth to aerosols, which have been characterized from their size to their evaporation. In a second chapter, we considered the gravity-fed equivalent: a model experiment was set up to study jets from relaxing centimetric cavity shaped by blowing air at a free surface. We evidenced an unusual dynamics revealing the liquid focalisation in the jet and a localized dissipation at the base of the jet. A comparison of those model jets with the ones ejected after a solid objet impacts a viscous liquid was then performed. In the third chapter, we studied experimentally and theoretically the velocity field of inertial stretched jets. The inertial velocity z/t (with z the position in the jet et t the time) commonly used has been investigated depending on the jet feeding at its base.

Both the need for mixing highly viscous liquids more effectively and the advance of micro-scale applications urge the development of technologies for liquid mixing at low Reynolds numbers. However, currently engineering designs which offer effective jet mixing without structural and operational complexity are still lacking. In this project, the method of enhancing liquid mixing using active pulsation in the laminar flow regime is explored experimentally. This work started by improving the inline pulsation mechanism in an existing confined jet configuration whereby the fluid from a primary planar jet and two surrounding secondary planar jets are pulsated by active fluid injection control via solenoid valves in the out-of-phase mode. The influence of Reynolds number, pulsation modes, frequency, duty cycle on mixing is then investigated using PLIF and PIV experimental techniques. A combination of different mixing mechanisms is found to be at play, including sequential segmentation, shearing and stretching, vortex entrainment and breakup. At a given net flow Reynolds number, an optimal frequency exists which scales approximately with a Strouhal number (Str=fh/Uj) about 1. This optimal frequency reflects the compromise of the vorticity strength and segmentation length. Furthermore, a lower duty cycle is found to produce a better mixing due to a resultant higher instantaneous Reynolds number in the jet flow. Overall, the improvement of the rig has resulted in an excellent mixing being achieved at a net flow Reynolds number of 166 which is at least order of magnitude lower than in the original rig. In order to achieve fast laminar mixing at even lower Reynolds numbers, the active pulsation mechanism using lateral synthetic jet pairs is designed and tested at a net flow Reynolds number ranging from 2 to 166 at which a good mixing is achieved. The influence of actuation frequency and amplitude, and different jet configuration is evaluated using PLIF and PIV experimental techniques. At the mediate to high Reynolds numbers tested in this study, the interaction and subsequent breakup of vortices play a dominant role in provoking mixing. In contrast, at the lower end of Reynolds numbers the strength of vortex rollup is weakened significantly and as a result folding and shearing of sequential segments provide the main mechanism for mixing. Therefore it is essential to use multiple lateral synthetic jet pairs to achieve good mixing in both mixing channel and synthetic jet cavity at this Reynolds number. It is found that an increase in both the actuation magnitude and frequency improves mixing, thereby the velocity ratio represents the relative strength of the pulsation velocity to the mean flow velocity is crucial for mixing enhancement. In order to identify actuation conditions for good mixing, a regression fit is conducted for the correlation between the dimensionless parameters, net flow Reynolds number Ren, stroke length L and Strouhal number Str. Over the tested range of the net flow Reynolds number from 2 to 83, the relationship of parameters is found and the velocity ratio at least above 2.0. Suggested by the comparatively small exponent, net flow Reynolds number is less influential than stroke length and Strouhal number. The success in obtaining excellent mixing using lateral synthetic jet pairs at low Reynolds numbers in the present work has opened up a promising prospect of their applications in various scenarios, including mixing of highly viscous liquids at macro-scale and micro-mixing.

Les jets de plasma sont largement utilisés dans l’industrie, dans les laboratoires pour des applications allant du traitement des déchets, à la découpe de pièces métalliques jusqu’aux dépôts de couches de protection. Dans la majorité de ces applications, les jets de plasma sont utilisés en régime turbulent. Ce régime est caractérisé par de fortes fluctuations panache, peu attractives dans le domaine du traitement des matériaux, car elles réduisent la répétabilité et le contrôle des processus. Des jets de plasma aux caractéristiques beaucoup plus stables peuvent être produits en réduisant le débit de gaz plasmagène. Ces jets de plasma sont appelés jets de plasma laminaire. Peu d’études ont été menées sur ce type de jet limitant le développement de ces torches. L’objectif du travail présenté dans ce mémoire est de réaliser l’étude d’un jet de plasma d’argon en régime laminaire à pression atmosphérique. Le diagnostic du jet a été réalisé par spectroscopie optique d’émission à partir de l’enregistrement des spectres atomique et moléculaire d’éléments présents dans le jet. Par ailleurs, ces résultats ont permis de montrer que le jet de plasma pompait l’air extérieur dans lequel fonctionnait la torche. En outre, les champs de vitesses du jet de plasma ont été mesurés par un tube de Pitot. Les distributions de températures et de vitesses déterminées expérimentalement ont été comparés aux résultats d’un modèle numérique. Pour finir, nous avons développé une méthode de mesure de la température du jet de plasma à partir des spectres d’émission des molécules de MgO et de CN produits respectivement à partir de la combustion de magnésium injecté dans le plasma et de la combustion de l’air. Ces molécules sont d’un grand intérêt dans les processus industriels mais aussi dans le domaine de l’aérospatial. / Plasma jets are widely employed both in industry and in laboratories for various applications such as wastetreatment, cutting or spraying protection coating. Usually, the plasma jets are employed in turbulent flowregime. This flow regime is characterised by large plasma jet fluctuations, undesirable in material processing, because they will reduce the process repeatability and controllability. A more stable plasma jet can be generated by reducing the flow rate of the plasma forming gas, and this is called a laminar plasma jet. Few studies have been published on the laminar plasma jet, which has limited the development of these torches. The aim of this thesis is to study a laminar argon plasma jet at atmospheric pressure. The plasma jet diagnostic was performed with an optical emission spectroscopy experiment. The atom and molecule spectra from the jet have been recorded. These results have shown that ambient air is entrained into the plasma jet. In addition, the plasma jet velocity fields were measured by a Pitot tube. The temperature and velocity distributions determined in the experiments were compared to the numeric model results. Finally, we have developed a method to measure the plasma jet temperature from the emission spectra of molecules of MgO and CN which are produced from the magnesium combustion injected into the plasma and the air combustion respectively. These molecules are of great interest in industrial processes but also in the field of aerospace.

Jet production in PbPb collisions at a per-nucleon center-of-mass energy of 2.76 TeV has been studied using the ATLAS detector at the LHC. Interactions between the high- pT partons and the hot, dense medium, produced in these ultrarelativistic collisions, are expected to cause the loss of the jet energy (jet quenching). This thesis presents results of the jet analysis done on the data taken during the 2011 heavy-ion run at the LHC as well as PYTHIA Monte Carlo reference. Jets are reconstructed using the anti-kt jet clustering algorithm and studied as a function of collision centrality and dijet energy imbalance. With increasing centrality, dijets are observed to be increasingly asymmetric, consistent with the theory of jet quenching. The study of charged particle tracks indicates the increase of the low-pT tracks in the strongly quenched jets. 1