An experimental and computational study was made of a single circular jet impinging onto a flat ground board. A 1/2' nozzle running at a fixed nozzle pressure ratio of 1.05 was used in the experimental phase (giving an nozzle exit Reynolds number of 90xlO'), the nozzle to ground plane separation being varied between 2 and 10 nozzle diameters. Measurements were performed in the free and wall jets using single and cross-wire hot-wire anemometry techniques and pitot pressure probes in order to detemine mean velocity and normal and shear stress distributions. Some analysis is also presentedo f earlier measurementso n high pressurer atio impinging jets. Nozzle height was found to effect the initial thickness of the wall jet leaving the impingement region, increasing nozzle to ground plane separation increasing the wall jet thickness, although this separation distance did not seem to affect the rate at which the wall jet grew. Nozzle height was also found to have a large effect on the peak level of turbulence found in the wall jet up to a radial distan ce from the jet axial centre line of 4.5 nozzle diameters, after which the profiles become self-similar. Lowering the nozzle tended to increase the peak level measured in all the turbulent stresses within this development region. The production of turbulent kinetic energy in the wall jet, which is an indication of the amount of work done against the mean flow by the turbulent flow was found to increase dramatically with decreasing nozzle height. This was attributed to greater shearing of the flow at lower nozzle heights due to a thinner wall jet leaving the impingement region. A moving impingement surface was found to cause separation of the wall jet inner boundary layer on the 'approach' side leading to very rapid decay of peak velocity. The point of separation was found to occur at radial positions in the region of 7.0 to 8.0 nozzle diameters, this reducing slightly for lower nozzle heights. A parametric investigation was performed using the k-e turbulence model and the PHOENICS CFD code. It was found that due to inadequacies in the model, it failed to predict accurately the growth of the wall jet, both in terms of its initial thickness and the rate of growth. It did, however, predict an increase in wall jet thickness with both increasing nozzle height and exit turbulence intensity and decreasing nozzle pressure ratio. Modifications were made to the constants in the model to try and improve the predictions,w ith a limited degreeo f successT. he low Reynoldsn umber k-F-t urbulence model was shown to give a slightly improved non-dimensional wall jet profile, although this did not improve the predicted rate of growth of the wall jet.

Le conditionnement, opération unitaire clé du processus industriel de fabrication des produits fromagers, consiste à remplir par un jet de façon homogène des emballages de formes variées par des produits à propriétés rhéologiques complexes tout en assurant des cadences optimisées. L’objectif de cette étude est de prédire le remplissage d’un emballage, à partir de la connaissance de la rhéologie des produits et des paramètres opératoires pour le dimensionnement de nouveaux procédés de conditionnement ou l’optimisation de procédés existants.Nécessaire à la poursuite de l’étude, le comportement rhéologique des produits fromagers dans les domaines de sollicitation du procédé à 80°C a été caractérisé comme rhéofluidifiant, à seuil de contrainte, élastique en-dessous et au-dessus du seuil d’écoulement.L’hydrodynamique des jets et du remplissage lors du conditionnement a été étudiée avec trois types de produits grâce au pilote à l’échelle laboratoire du procédé, dimensionné pour reproduire les conditions opératoires industrielles. Après avoir vérifié la cohérence des résultats obtenus avec le dispositif expérimental avec ceux de la littérature pour un fluide newtonien, l’étude s’est portée sur des fluides modèles viscoplastiques, gels de Carbopol®, et sur des produits fromagers.Cinq régimes d’écoulement ont été observés et caractérisés à partir des évolutions du diamètre de jet et de la vitesse d’atteinte des bords pendant le remplissage et de la hauteur de motte finale du dépôt après le remplissage, paramètre décisif de la qualité du conditionnement. Des diagrammes de fonctionnement adimensionnels d’observation des régimes ont été déterminés à partir des forces en jeu dans le système. Ainsi, le régime d’écoulement peut être prédit par ces diagrammes à partir des propriétés rhéologiques du produit et des paramètres géométriques et opératoires du procédé. / Packaging is a key step of cheese products industrial manufacturing process. It consists in filling containers of various shapes with non-Newtonian products while ensuring optimized rates. The aim of the present work is to describe the influence of cheese rheological properties as well as process parameters onto packaging, thereby contributing towards its optimization.Necessary for the study, the rheological behavior of cheese products on the process stress range at 80°C has been identified as shear-thinning with a yield stress, with elasticity both below and above the yield stress.Jets and filling hydrodynamics during packaging have been studied with three types of products by the means of the laboratory-scale process pilot, which is able to reproduce the industrial process conditions. After checking for consistency between experimental and litterature results for Newtonian products, the study focused on viscoplastic model fluids, Carbopol® hydrogels, and on cheeses.Five flow patterns have been observed and characterized through jet diameter, spread velocity during filling and final mound height after filling, which is a key factor of the packaging quality. Flow patterns dimensionless distributions have been determined from the forces involved in the system. Thus, the flow pattern can be predicted thanks to theses distributions from product rheological properties and geometrical and process parameters.

La présente thèse constitue le compte rendu de l'analyse menée auprès du détecteur ATLAS du LHC et concernant la recherche de processus de création résonante de nouvelles particules se désintégrant en une paire de quarks top. Elle s'articule principalement autour de la notion de jet de hadrons, dont l'identification et la reconstruction est un enjeu capital pour toute mesure essayant de signer l'apparition de quarks top lors de processus de collisions proton-proton. Après une mise en contexte portant sur une description générale des caractéristiques théoriques et expérimentales que présente la thématique de la détection de jets de hadrons dans le détecteur ATLAS, nous présentons une première tentative de validation de la méthode d'étalonnage hadronique local, dont le but est de corriger ces jets des imprécisions de mesure engendrées par le détecteur. Dans la deuxième partie du document figure l'analyse menée sur les 14~fb$^{-1}$ de données de collisions proton-proton à $sqrt{s} = 8$~TeV, récoltées lors de l'année 2012, à la recherche de l'apparition de processus de création résonante de nouvelle particules extit{lourdes} dans le spectre de masse invariante top-antitop. Pour des particules lourdes, les quarks tops produits lors de la désintégration de ces dernières possèdent une impulsion très grande par rapport à leur masse et la désintégration de tels quarks top conduit souvent à une topologie dans l'état final dite og boostée fg, où le quark top, s'il se désintègre de manière hadronique, est très souvent reconstruit comme un seul jet, de large paramètre de rayon. Le présent travail de thèse propose ainsi une étude préliminaire pour reconstruire et identifier le plus précisément possible ce type de signal, en se basant sur l'étude de la sous-structure des jets de hadrons. / This report presents the analysis conducted with the ATLAS experiment at the LHC and searching for resonnant production of new particles decaying into a pair of top quarks. Top quark reconstruction is mainly build upon the notion of hadronic jets, whose identification and reconstruction is a crucial issue for any measure trying to sign top quark decays from proton-proton collisions processes. After a general description of the theoretical and experimental features of jet reconstruction in the ATLAS detector, we present a first attempt to validate the local hadronic calibration method, which aim at correcting the measurement of these objects from inaccuracies caused by detector effects. In the second part, we present the analysis conducted on 14~fb$^{-1}$ of proton-proton collision data at $ sqrt{s}=$8~TeV collected during the year 2012 and searching for resonnant creation of new extit{heavy} particles in top-antitop invariant mass spectrum. For heavy particles, the quarks produced in the decay of the latter have a high impulsion with respect to their mass and those top quark decays often results in a so called og boosted fg topology, where the hadronically decaying top quark is often reconstructed as a single jet of large radius parameter. In this context, we present a preliminary study to reconstruct and identify as precisely as possible this type of boosted topologies, based on the study of jet substructure.

An experimental and computational study was made of a single circular jet impinging onto a flat ground board. A 1/2" nozzle running at a fixed nozzle pressure ratio of 1.05 was used in the experimental phase (giving an nozzle exit Reynolds number of 90xlO'), the nozzle to ground plane separation being varied between 2 and 10 nozzle diameters. Measurements were performed in the free and wall jets using single and cross-wire hot-wire anemometry techniques and pitot pressure probes in order to detemine mean velocity and normal and shear stress distributions. Some analysis is also presentedo f earlier measurementso n high pressurer atio impinging jets. Nozzle height was found to effect the initial thickness of the wall jet leaving the impingement region, increasing nozzle to ground plane separation increasing the wall jet thickness, although this separation distance did not seem to affect the rate at which the wall jet grew. Nozzle height was also found to have a large effect on the peak level of turbulence found in the wall jet up to a radial distan ce from the jet axial centre line of 4.5 nozzle diameters, after which the profiles become self-similar. Lowering the nozzle tended to increase the peak level measured in all the turbulent stresses within this development region. The production of turbulent kinetic energy in the wall jet, which is an indication of the amount of work done against the mean flow by the turbulent flow was found to increase dramatically with decreasing nozzle height. This was attributed to greater shearing of the flow at lower nozzle heights due to a thinner wall jet leaving the impingement region. A moving impingement surface was found to cause separation of the wall jet inner boundary layer on the 'approach' side leading to very rapid decay of peak velocity. The point of separation was found to occur at radial positions in the region of 7.0 to 8.0 nozzle diameters, this reducing slightly for lower nozzle heights. A parametric investigation was performed using the k-e turbulence model and the PHOENICS CFD code. It was found that due to inadequacies in the model, it failed to predict accurately the growth of the wall jet, both in terms of its initial thickness and the rate of growth. It did, however, predict an increase in wall jet thickness with both increasing nozzle height and exit turbulence intensity and decreasing nozzle pressure ratio. Modifications were made to the constants in the model to try and improve the predictions,w ith a limited degreeo f successT. he low Reynoldsn umber k-F-t urbulence model was shown to give a slightly improved non-dimensional wall jet profile, although this did not improve the predicted rate of growth of the wall jet.

Due to unique advantages of Jet Electrochemical Machining (Jet‐ECM) such as the absence of mechanical and thermal effects, there is an increasing demand for the implementation of the technology in industrial sectors. However, meeting the stringent quality requirements of the current technological level is a challenge in Jet‐ECM especially for complicated microstructures. Hence, the implementation of an adequate metrology system is necessary to minimise deviations and to enhance the process towards zero‐defect‐manufacturing. The metrology system should be capable of measuring the workpiece before machining in order to enable the machine to adjust the process parameters and to reach the desired micro‐structure. Post‐machining measurements to compare the machined part with the desired shape should be possible as well. This will enhance the machine to make corrections on the workpiece before delivery to the next section in a process chain. However, in order to reach the desired microstructures, the characteristics of workpiece like material properties and previously machined structures on the size and shape of the machined microstructure should be taken into consideration. This is done through the implementation of results of the fingerprint study into the process control. In this study the effects of previously machined single grooves which intersect the secondly machined groove on the size, shape and surface roughness are investigated. The previously machined groove was generated by milling or Jet‐ECM. Since at the intersections the gap size changes and this lead to changes in current and current density, it is expected to observe changes in size and surface roughness. This investigation will show how grooves change at the intersections and whether the mentioned changes are significant. Besides, some suggestions will be provided in order to minimise the effects in Jet‐ECM of intersecting single grooves.

Au sein d’un échangeur à air, les trompes à air permettent de créer l’écoulement d’air froid nécessaireà son bon fonctionnement. Ces dispositifs, qui peuvent ^etre assimilés à des jets subsoniques confinésen conduit, peuvent contribuer au bruit rayonné par les avions lors des phases au sol. Nous proposonsdans cette thèse de développer un outil numérique prédictif de l’acoustique rayonnée par ces dispositifsafin de pouvoir proposer des solutions de réduction de bruit appropriées. Cet outil est adapté au contexteindustriel de Liebherr Aerospace. Une méthode stochastique permet, à partir d’un calcul stationnaireRANS, de générer un champ de vitesse turbulente qui autorise la formation d’un terme de forçage dansles équations d’Euler linéarisées qui sont alors utilisées comme un opérateur de propagation. Un nouveaumodèle stochastique basé sur l’hypothèse de sweeping est développé. Ce dernier permet de produiredes champs instationnaires respectant certaines propriétés aérodynamiques statistiques dans le cadre dejets libres subsoniques. Cette méthode est couplée avec le solveur Euler de l’Onera sAbrinA_v0 et l’outilrésultant est appliqué sur le cas d’un jet libre subsonique à M=0.72. Moyennant une calibration duterme source, la méthodologie permet de reproduire les spectres acoustiques en champ lointain, exceptépour les angles faibles. L’outil numérique est ensuite couplé avec un solveur FW-H pour étudier le casconcret de la trompe à air. Les résultats aérodynamiques et acoustiques sont validés par comparaison àune base de données aérodynamique et acoustique constituée au préalable à partir d’une campagne d’essaiscomprenant des mesures par anémométrie laser Doppler à l’intérieur du conduit et des microphonesacoustiques en champ lointain. / In air exchangers, the cool air flow can be produced by jet pumps. These devices, which can be consideredas subsonic jets confined in ducts, could contribute directly to ramp noise. A predictive numerical toolof the acoustic radiated by jet pumps is therefore developped in order to be able to propose appropriatenoise reduction solutions. This tool is adapted to Liebherr Aerospace’s industrial context. A stochasticmethod allows, starting from a steady RANS computation, to synthetise a turbulent velocity fields andto enforce source terms in the linearized Euler equations therefore used as a wave propagator. A newstochastic model relying on the sweeping hypothesis is developped. Unsteady fields reproducing someaerodynamics features of a free subsonic jet flow can be generated. This method is then coupled withOnera’s Euler solver sAbrinA_v0 and the resulting tool is applied on a free subsonic jet configuration atMach 0.72. Assuming a cabration of the source terms, this methodology models properly the far fieldacoustic spectra except for small angles. The numerical tool is then coupled with a FW-H solver to studya realistic jet pump. Aerodynamic and acoustic results are validated by comparison with a data baseobtained from an experimental campaign including laser Doppler anemometry measures inside the ductand pressure recording in the far-field.

The Stability And Control CONfiguration (SACCON) model represents an emerging trend in airplane design where the classical tube, wing and empennage are replaced by a single tailless configuration. The challenge is to assure that these designs are stable and controllable. Nonlinear aerodynamic behavior is observed on the SACCON at higher incidence angles due to leading edge vortex structures. Active Flow Control (AFC) used in preliminary design represents a promising solution to the longitudinal stability problems and this was demonstrated experimentally on a semi span model. AFC can be used to trim the SACCON in pitch and it alters forces and moments comparable to common control surface deflections. A combination of AFC and control surface deflection may increase the overall efficiency and opens up a variety of maneuvering possibilities. This implies that AFC should be treated concomitantly with other design parameters and should be considered in the preliminary design process already and not as an add-on tool. Integral force and moment data was supplemented by observations using Pressure Sensitive Paint (PSP) and flow visualization. Two arrays of individually controlled sweeping jets, one located along the leading edge and the other along the flap hinge provided the AFC input needed to alter the flow. The array positioned over the flap-hinge of the model was most effective in stabilizing the wing by decreasing the pitching moment at lower and intermediate angles of incidence. This effect was achieved by reducing the spanwise flow on the swept back portion of the wing through jet-entrainment that also affected the leading edge vortex. Leading edge actuation showed some beneficial effects by inhibiting the formation of the leading edge vortex near the wing tip. A preliminary study using suction was carried out. The tests were carried out at Mach numbers smaller than 0.2 and Reynolds numbers based on the root chord of the model that approached 10⁶.

Ce travail porte sur l’évaluation de la méthode ZDES pour la simulation de jets propulsifs. L’analyse se concentre sur le positionnement des cellules de chocs et le développement des couches de mélange d’une tuyère double-flux avec plug externe, typique des moteurs d’avions modernes. Les champs statistiques sont comparés aux résultats expérimentaux et discutés en termes de grandeurs moyennes, fluctuantes et dans le domaine fréquentiel. L’intérêt d’utiliser un schéma spatial peu dissipatif ainsi qu’une échelle de longueur sous-maille basée sur la vorticité locale est mis en évidence, notamment pour le dévelopement de la couche de mélange interne, et le mode 2 ("automatique") de la ZDES a démontré un comportement similaire au mode 1 ("manuel") dans les couches de mélange. Par ailleurs, la technique Random Flow Generation (RFG) mise en oeuvre afin de reproduire la turbulence amont existant au coeur des jets primaire et secondaire a permis d’accélérer la transition RANS-LES dans les deux couches de mélanges, plus conformément à l’expérience. La transition est d’autant plus rapide que le taux de turbulence est élevé et l’échelle de la turbulence injectée est petite. Le positionnement des cellules de choc est également amélioré, soulignant l’importance de prendre en compte la turbulence amont dans les simulations de jets. / In this thesis, the ZDES method is assessed for the simulation of propulsive jets. This work focuses on the shock-cell positioning and the mixing layer development of a dual-stream nozzle configuration with an external plug, typical of modern aircraft engines. Reynolds averaged data are discussed in terms of mean and fluctuating quantities as well as in the frequency domain and compared with experimental data. First, the advantage of using a low dissipative spatial scheme as well as a subgrid length scale based on the local vorticity is demonstrated, especially for the development of the core mixing layer. Besides, the "automatic" mode of ZDES (mode 2) is found to provide similar mixing layers as the user defined mode.Then, the use of the Random Flow Generation (RFG) technique at the inlet boundaries of the core and fan channels in order to reproduce the turbulence rate at the center of the nozzle ducts is shown to accelerate the RANS-to-LES transition in both external and internal mixing layers, which is in better agreement with the experimental results. The transition length is further reduced when the injected turbulent ratio is higher, but also when the injected turbulent length scale is smaller. Of interest, the shock-cell positioning in the fan jet is also improved using RFG, which emphasizes the importance of accounting for upstream turbulence for this type of simulations.

Depuis une dizaine d'années, la découpe par jet hybride où un jet d'eau fait office de guide d'onde pour le laser est utilisée avec succès dans le domaine de la microélectronique. Afin de développer cette technologie pour l'amener vers d'autres marchés tels que l'automobile, la chaudronnerie ou l'aéronautique, il est nécessaire d'augmenter la puissance des lasers et la pression du jet. A ces hauts niveaux énergétiques, les nouvelles interactions qui apparaissent entre la lumière et le fluide ainsi que les modifications du matériau engendrées par le jet hybride n'ont encore jamais été étudiées d'un point de vue physico-chimique. Nous avons donc d'abord mis au point un système permettant de mesurer les propriétés optiques de l'eau à très haute pression dont une application directe pourrait être un capteur optique de pression des fluides. Ainsi et de façon originale, ce travail a permis de mesurer l'indice de réfraction et la polarisabilité de l'eau jusqu'à 250 MPa en modélisant leurs évolutions à l'aide des équations de Tait, de Sellmeier et de Lorentz-Lorenz. Cette étude a débouché sur la création d'un modèle reliant directement la densité du fluide à la mesure de son indice de réfraction. Suite à ces résultats, nous avons pu, après des simulations d'hydrodynamisme, concevoir une tête permettant le couplage d'un laser haute puissance guidé par jet d'eau haute pression. Nous avons alors testé diverses formes de chambres permettant le couplage d'un jet hybride de nouvelle génération. En parallèle, nous avons étudié l'impact physico-chimique d'un jet hybride découplé où le laser et le jet d'eau sont focalisés, pour la découpe, à la surface d'échantillons en acier 301L et en alliage de titane TA6V. Les résultats ont été obtenus par spectroscopie Raman, Diffraction des Rayons X (DRX), microscopie optique et microscopie électronique à balayage couplé à de l'analyse EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) et à de l'analyse d'orientation cristallographique (EBSD). Lors de la découpe, des transformations de phases et une couche oxydée apparaissent à la surface des échantillons. Nous avons montré notamment que ces couches d'oxydes ainsi que les résidus de coupe sont en majeure partie constitués de magnétite (Fe3O4) et de rutile (TiO2) / For a decade, the hybrid jet cutting where a water jet acts as waveguide for the laser has been successfully used in the field of microelectronics. To develop this technology and bring it up to other markets such as automotive, boiler or aerospace, it is necessary to increase both the laser energy and the water jet pressure. At these high energy levels, new interactions that occur between light and fluid as well as the material changes caused by the hybrid jet have never been studied from a physicochemical point of view. So, at first, we have devised a system allowing measurements of optical properties of water at high pressure with a possible direct application in optical sensor for fluid pressure. In an original way, this work has allowed us to measure the refractive index and polarizability of water up to 250 MPa and model their evolution using Tait, Sellmeier and Lorentz-Lorenz equations, respectively. A direct result of this study is the creation of a model linking directly the fluid density to the measurement of its refractive index. Following these developments and after hydrodynamics simulations, we have designed a specific head for coupling a high power laser guided by high pressure water jet. Then we have tested various head types allowing the coupling of a new generation hybrid jet. In the same time, we have studied the physicochemical impact of decoupled hybrid jet where the laser and water jet are both focused, for cutting, at the surface of 301L steel and titanium alloy TA6V samples. The analysis have been done by Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), optical microscopy and scanning electron microscopy coupled with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) analysis and the crystallographic orientation (EBSD) analysis. During cutting, a phase transformation and an oxidized layer appear on the surface of the samples. We have shown in particular that these oxide layers and cutting residues are mainly composed of magnetite (Fe3O4) and rutile (TiO2)

Cette étude s’inscrit dans le domaine de la réduction du bruit des avions et plus précisément du bruit de jet représentant la première source de bruit au décollage. Les travaux de thèse consistent en l’identification et l’analyse des mécanismes de génération du bruit de jet à partir de résultats expérimentaux et de simulations numériques. La démarche a porté dans un premier temps sur l’analyse de la structure du champ de pression proche d’un jet chaud subsonique turbulent à partir de données expérimentales acquises au moyen d’une antenne azimutale de microphones. Dans un second temps, une simulation numérique par l’approche LES, avec déclenchement de la turbulence, reproduisant la configuration expérimentale a été mise en place et validée dans le but de poursuivre l’analyse des données expérimentales. L’analyse des données issues de la simulation a permis de relier, au moyen de calculs de corrélation, les comportements identifiés dans le champ proche à des ondes de pression se développant dans la couche de cisaillement et se propageant vers la fin du cône potentiel. Cette analyse a également mis en avant le caractère intermittent du rayonnement acoustique dans la direction aval, direction pour laquelle l’énergie acoustique est maximale, ce caractère intermittent provenant des structures cohérentes se développant dans la couche de cisaillement. L’analyse réalisée à partir des données de la simulation serait utilement complétée par des calculs de cohérences entre le champ aérodynamique et le champ acoustique à partir de signaux expérimentaux provenant de mesures synchronisées. / This study falls within the field of aircraft noise reduction and more precisely jet noise as it represents the main noise source during take-off. The present work consists in the identification and the analysis of the jet noise source mecanisms using experimental results and numerical simulation. First, an analysis of the near field pressure of a hot subsonic turbulent jet has been done from experimental data acquired with an azimuthal array of microphones. Secondly, in order to continue the analysis, a numerical simulation using the LES approach with turbulence triggering reproducing the experimental configuration has been set up and validated. The data obtained from the simulation enable to link the highlighted behaviours in the near field to pressure waves developping in the shear layer and propagating toward the potential core end, through correlation calculations. The intermittency of the downstream acoustic radiation, i.e. the main direction of radiation, has been evidenced and related to the coherent structures developping in the shear layer. To deepen the analysis, it would be interesting for instance to calculate spectral coherence between the aerodynamic and the acoustic fields from synchronised measurements.