The focus of this thesis is the effect of planetary curvature on the heat transfer efficiencyaccross latitudes in planetary atmospheres and oceans. We investigate both theoreticallyand numerically a physically-based parametrization of baroclinic turbulence inthe Boussinesq Eady model to include variations of the Coriolis parameter with latitude.In this model, a rapidly rotating density-stratified fluid is subjected to a meridional temperaturegradient in thermal wind balance with a uniform vertically sheared zonal flowand the effect of planetary curvature is captured by the parameter β.A normal mode projection of the Eady model with β was inconclusive to properlydescribe meridional heat transfers and the zonal structures usually observed in planetaryflows. However, the DNS solver CORAL allows us to perform 3D high-Reynolds numericalsimulations to seek an extension of the ’vortex-gas’ scaling theory for baroclinic turbulence.Planetary curvature reduces heat transfer between latitudes through the emergenceof coherent zonal structures while the flow remain mainly quasi-geostrophic. The meridionalbuoyancy flux displays the same functional dependence on the control parametersthan for the two-layer model within the framework of quasi-geostrophy.With similar arguments than for the Eady problem, it is shown that in a perturbativefashion for small β, the vertical profiles of meridional buoyancy flux are no longer depthinvariant.The flux decreases at least exponentially with height. The buoyancy transportis shown to be along mean isopycnals, whereas potential vorticity is transported onlyalong instantaneous isopycnals. Overall, the vortex-gas theory and its extension to theβ-plane lead to good predictions for heat transfer in the quasi-geostrophy limit for 3Dflows and weak β. The theory becomes less precise as we increase β. / Fokus för denna avhandling är effekten av planetarisk krökning på värmeöverföringseffektivitetenöver breddgrader i planetariska atmosfärer och hav. Vi undersöker båda teoretisktoch numeriskt en fysiskt baserad parametrisering av baroklinisk turbulens iBoussinesq Eady-modellen för att inkludera variationer av Coriolis-parametern med latitud.I denna modell utsätts en snabbt roterande densitetsskiktad vätska för en meridional temperaturgradient i termisk vindbalans med ett jämnt vertikalt klippt zonflödeoch effekten av planetarisk krökning fångas av parametern β.En normallägesprojektion av Eady-modellen med β var inte övertygande till korrektbeskriv meridionala värmeöverföringar och de zonstrukturer som vanligtvis observeras i planetariskaflöden. DNS-lösaren CORAL tillåter oss dock att utföra 3D high-Reynolds numeriskasimuleringar för att söka en förlängning av skalningsteorin för 'virvelgas' för baroklinisk turbulens.Planetarisk krökning minskar värmeöverföringen mellan breddgrader genom uppkomstenav koherenta zonstrukturer medan flödet förblir huvudsakligen kvasi-geostrofiskt. Meridionalenflytkraftsflöde visar samma funktionella beroende av styrparametrarnaän för tvåskiktsmodellen inom ramen för kvasi-geostrofi.Med liknande argument än för Eady-problemet visas det i ett störandeFör små β är de vertikala profilerna för meridional flytkraft inte längre djupvarianta.Fluxet minskar åtminstone exponentiellt med höjden. Flyttransportenhar visat sig vara längs genomsnittliga isopycnals, medan potentiell vorticitet endast transporteraslängs momentana isopycnals. Sammantaget, vortex-gasteorin och dess utvidgning tillβ-plan leder till goda förutsägelser för värmeöverföring i kvasi-geostrofigränsen för 3Dflyter och svagt β. Teorin blir mindre exakt när vi ökar β.

<p dir="ltr">Grid convergence and scaling analyses have not been done rigorously for practical large-eddy simulations (LES). The challenge arises from the fact that there are two grid-related length scales: grid size and LES filter width. It causes the numerical and model errors in LES to be inherently coupled, making the convergence of either error difficult to analyze. This study works to overcome the challenge by developing scaling laws that can be used to guide the convergence analysis of errors in LES. Three different convergence cases are considered, and their respective scaling laws are developed by varying the ratio between grid size and filter width. A pool fire is adopted as a test case for the convergence analysis of LES. Qualitative and quantitative assessments of the LES results are made first to ensure reliable numerical solutions. In the subsequent scaling analysis, it is found that the results are consistent with their respective scaling laws. The results provide strong support to the developed scaling laws. The work is significant as it proposes a rigorous way to guide convergence analysis of LES errors. In a world where LES already has a wide range of applicability and is still becoming more prominent, it is imperative to have a thorough understanding of how it works including its convergence and scaling laws with respect to the change of grid size and filter width.</p>

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<p>This thesis contains three papers investigating problems of interest for noise control in ducts.</p><p>The first part of this thesis treats the sound propagation in rectangular ducts with flexible walls. Various experimental techniques are performed to measure the internal sound propagation and radiation to the surrounding. An analytical model is derived to calculate the coupled propagation wavenumber and radiated sound power. The two-port formalism is used.</p><p>The second part starts with the sound propagation in open ended circular straight pipe with airflow (a tailpipe). Various aspects such as: acoustic damping, reflection and transmission at the open termination are investigated. Sound absorption due to vorticity shed at the opening is also treated. The geometry of the opening is then modified (oblique cuts, diffusers) and comparisons with the reference straight pipe is made for the sound transmission and flow induced noise generation. The effect of an upstream bend close to the opening is also investigated.</p><p>In the third part the acoustic impedance of perforated plates are investigated. In particular the application to small perforation ratios ( ≈ 1% ) and holes or slits with apertures of sub-millimetre size, so called micro-perforated plates, are of interest. Linear and non-linear regimes are investigated. A model is derived to calculate the linear acoustic impedance of perforated elements.</p>

Ce travail de thèse se situe dans le concept général de contrôler, améliorer et optimiser la performance électrique des matériaux composites par l'analyse systématique de la réponse diélectrique globale des matériaux composites pour différentes morphologies. Pour mener à des informations complètes, une corrélation entre trois approches indépendants a été réalisée: des simulations numériques, des calculs analytiques et des mesures diélectriques (spectromètre diélectrique de type Novo-contrôle). D'abord on a établie des lois d'échelles et la contribution originale de cette thèse est de réussir à mettre des lois d'échelle universelle pour la réponse diélectrique globales des matériaux composites qui sont censés de servir à la base pour les actuelles et futures études sur les propriétés électriques et diélectriques des matériaux composites. Comme application, ces lois d'échelles que nous avons dérivées nous ont permis de développer des applications, tel que la conception des matériaux multicouches à haute permittivité et faible pertes diélectriques au service des applications dans des domaines de stockage d'énergie, en ajustant les valeurs de conductivité et les fractions de volume des phases constituantes. Cet approche a été menée sur des composites en structure bicouches constitués d'une superposition de couches de polymères ayant des conductivités différentes. Et en plus, ces lois d'échelles ont été à la base pour la découverte pour la première fois, d'un critère de discrimination entre deux types différent de polarisation électriques: la polarisation interfaciale de type MWS et la polarisation d'électrode. Aussi, on a dérivé une nouvelle formule qui est valable à la fois pour la polarisation d'électrode et les effets de la polarisation interfaciale. Elle permet non seulement d'estimer l'épaisseur des couches interfaciales formées à l'électrode en raison des effets de polarisation mais aussi à développer une nouvelle méthode de mesure de la conductivité des matériaux sans contact direct qui a servi pour des mesures couplées diélectrique – mécanique / This research is significant in that it not only develops a generalized approach for modeling the electrical properties of multiphase composite materials but also introduces novel experimental applications in the domain of dielectric properties of composite materials. In order to get complete information: numerical simulations, analytical calculations and dielectric measurements by means of Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) were carried out in this study. First, we derived the scaling laws through a systematically study of global dielectric response of composite materials with different morphology and the original contribution of this thesis is to succeed to derive a universal scaling laws for the global dielectric response of composite materials. Based on these scaling laws three achievements are taken place: designing layered polymer materials with high values of permittivity and low dielectric losses, by adjusting the values of conductivity and the volume fraction of the constituent phases. Also, we discover a new discrimination criterion for electrical polarizations at external and internal interfaces: electrode polarization vs. (MWS) interfacial polarization effects in dielectric spectra of materials. This work opens the general perspective of finding discrimination criteria for different types of electrical polarization, which will represent a useful tool in disseminating the nature of different contributions appearing in the dielectric spectra of materials. Based on our analysis, we derive a new formula. This formula is valid for both electrode polarization and interfacial polarization effects. It allows one to determine the conductivity value from the frequency position of the Maxwell-Wagner-Sillars peak. Measurements of the conductivity values of samples without a direct contact are done. An excellent agreement between experiment and calculations is obtained. This results offer the opportunity to develop a new coupled electrical-mechanical approach, by electrical measurements performed during mechanical stretching

This thesis contains three papers investigating problems of interest for noise control in ducts. The first part of this thesis treats the sound propagation in rectangular ducts with flexible walls. Various experimental techniques are performed to measure the internal sound propagation and radiation to the surrounding. An analytical model is derived to calculate the coupled propagation wavenumber and radiated sound power. The two-port formalism is used. The second part starts with the sound propagation in open ended circular straight pipe with airflow (a tailpipe). Various aspects such as: acoustic damping, reflection and transmission at the open termination are investigated. Sound absorption due to vorticity shed at the opening is also treated. The geometry of the opening is then modified (oblique cuts, diffusers) and comparisons with the reference straight pipe is made for the sound transmission and flow induced noise generation. The effect of an upstream bend close to the opening is also investigated. In the third part the acoustic impedance of perforated plates are investigated. In particular the application to small perforation ratios ( ≈ 1% ) and holes or slits with apertures of sub-millimetre size, so called micro-perforated plates, are of interest. Linear and non-linear regimes are investigated. A model is derived to calculate the linear acoustic impedance of perforated elements. / QC 20101111

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik geordneter modulierter Phasen außerhalb des thermischen Gleichgewichts untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf einem zweidimensionalen, streifenbildenden System, genannt Modell B mit Coulomb-Wechselwirkung, welches aus einem geordneten Anfangszustand unter dem Einfluß eines Rauschterms relaxiert. Aus den mittels numerischer Simulationen gewonnenen Daten wird die lokale Orientierung der Streifen extrahiert und deren raum-zeitliche Korrelationsfunktionen berechnet. Wir beobachten eine langsame Dynamik und Alterungseffekte in der Zwei-Zeit-Autokorrelationsfunktion, welche einer Skalenform folgt, die aus kritischen Systemen bekannt ist. Dies geht einher mit dem Wachstum einer räumlichen Korrelationslänge senkrecht zu den Streifen. Zu sehr späten Zeiten klingt die zugehörige räumliche Korrelationsfunktion mit einem Potenzgesetz ab. Weiterhin wird der Einfluß der Systemgröße und verschiedener Seitenverhältnisse auf die Dynamik des Orientierungsfeldes studiert, wobei ein Wachstumsprozeß parallel zur Ausrichtung der Streifen identifiziert wird. Es zeigt sich, daß dieser Prozeß für die Nichtgleichgewichtsdynamik entscheidend ist. Zwei weitere Modelle für modulierte Phasen werden in ähnlicher Weise untersucht. Die Swift-Hohenberg-Gleichung in der Variante mit erhaltenem sowie nicht erhaltenem Ordnungsparameter zeigt ebenfalls Alterungseffekte in der Dynamik der Streifenorientierung. In einem System, welches zweidimensionale hexagonale Muster bildet, werden Alterungseffekte in der Autokorrelationsfunktion der Verschiebung beobachtet. Jedoch sättigt die zugehörige räumliche Korrelationslänge bei einem endlichen Wert, was auf eine Unterbrechung der Alterung hindeutet.

L'usure ondulatoire des rails associée aux vibrations de torsion des essieux de métro a été mise en évidence il y a près d'un demi siècle. L'utilisation d'absorbeurs dynamiques comme solution potentielle à ce problème a été suggérée pour la première fois dans le projet américain du TCRP "Rail Corrugation Mitigation in Transit" en 1998. Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet européén "Wheel-rail CORRUGATION in Urban transport", a pour objectif de concevoir un absorbeur dynamique et d'étudier son influence sur la réduction de l'usure ondulatoire liée aux vibrations de torsion. Dans le cadre de ce travail, d'autres types d'usure ondulatoire ont également été traités par des absorbeurs dynamiques.<p><p>Les trois premiers chapitres de cette thèse sont dédiés à la description des différents types d'usure ondulatoire et à la présentation des méthodes de prédiction. La méthode de dimensionnement des absorbeurs dynamiques est présentée au chapitre 4, ainsi que quelques perspectives de leur efficacité à réduire l'usure ondulatoire. Dans le chapitre 5, un tronçon réel du RER parisien a été étudié. D'une part les prédictions obtenues par différentes méthodes ont été comparées aux mesures sur site. D'autre part, le bénéfice résultant de l'utilisation d'un absorbeur dynamique a été étudié numériquement. Dans le chapitre 6, le cas de l'usure ondulatoire liée aux vibrations de torsion a été étudié spécifiquement. Un absorbeur dynamique a été développé pour réduire ce type d'usure ondulatoire. Son efficacité a été évaluée théoriquement et numériquement, avec un modèle multi-corps flexible du véhicule et de la voie. Dans le chapitre 7, un absorbeur dynamique visant à réduire les vibrations de torsion d'un essieu de métro à échelle réduite a été construit au laboratoire. Son efficacité a été validée expérimentalement en reproduisant les conditions d'apparition des vibrations de torsion de l'essieu sur le banc d'essais du Laboratoire des Technologies Nouvelles de l'INRETS. La correspondance entre les prédictions d'usure à échelle réduite et à échelle réelle a été établie. Une demande de brevet a été déposée par le Laboratoire des Structures Actives pour ce système (N° 06120344.4). / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik geordneter modulierter Phasen außerhalb des thermischen Gleichgewichts untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf einem zweidimensionalen, streifenbildenden System, genannt Modell B mit Coulomb-Wechselwirkung, welches aus einem geordneten Anfangszustand unter dem Einfluß eines Rauschterms relaxiert. Aus den mittels numerischer Simulationen gewonnenen Daten wird die lokale Orientierung der Streifen extrahiert und deren raum-zeitliche Korrelationsfunktionen berechnet. Wir beobachten eine langsame Dynamik und Alterungseffekte in der Zwei-Zeit-Autokorrelationsfunktion, welche einer Skalenform folgt, die aus kritischen Systemen bekannt ist. Dies geht einher mit dem Wachstum einer räumlichen Korrelationslänge senkrecht zu den Streifen. Zu sehr späten Zeiten klingt die zugehörige räumliche Korrelationsfunktion mit einem Potenzgesetz ab. Weiterhin wird der Einfluß der Systemgröße und verschiedener Seitenverhältnisse auf die Dynamik des Orientierungsfeldes studiert, wobei ein Wachstumsprozeß parallel zur Ausrichtung der Streifen identifiziert wird. Es zeigt sich, daß dieser Prozeß für die Nichtgleichgewichtsdynamik entscheidend ist. Zwei weitere Modelle für modulierte Phasen werden in ähnlicher Weise untersucht. Die Swift-Hohenberg-Gleichung in der Variante mit erhaltenem sowie nicht erhaltenem Ordnungsparameter zeigt ebenfalls Alterungseffekte in der Dynamik der Streifenorientierung. In einem System, welches zweidimensionale hexagonale Muster bildet, werden Alterungseffekte in der Autokorrelationsfunktion der Verschiebung beobachtet. Jedoch sättigt die zugehörige räumliche Korrelationslänge bei einem endlichen Wert, was auf eine Unterbrechung der Alterung hindeutet.

The question of the possibility of intelligent machines is fundamentally intertwined with the machines’ ability to reason. Or not. The developments of the recent years point in a completely different direction : What we need is simple, generic but scalable algorithms that can keep learning on their own. This thesis is an attempt to find theoretical explanations to the findings of recent years where empirical evidence has been presented in support of phase transitions in neural networks, power law behavior of various entities, and even evidence of algorithmic universality, all of which are beautifully explained in the context of statistical physics, quantum field theory and statistical field theory but not necessarily in the context of deep learning where no complete theoretical framework is available. Inspired by these developments, and as it turns out, with the overly ambitious goal of providing a solid theoretical explanation of the empirically observed power laws in neu- ral networks, we set out to substantiate the claims that renormalization group theory may be the sought-after theory of deep learning which may explain the above, as well as what we call algorithmic universality. / La question de la possibilité de machines intelligentes est intimement liée à la capacité de ces machines à raisonner. Ou pas. Les développements des dernières années indiquent une direction complètement différente : ce dont nous avons besoin sont des algorithmes simples, génériques mais évolutifs qui peuvent continuer à apprendre de leur propre chef. Cette thèse est une tentative de trouver des explications théoriques aux constatations des dernières années où des preuves empiriques ont été présentées en faveur de transitions de phase dans les réseaux de neurones, du comportement en loi de puissance de diverses entités, et même de l'universialité algorithmique, tout cela étant parfaitement expliqué dans le contexte de la physique statistique, de la théorie quantique des champs et de la théorie statistique des champs, mais pas nécessairement dans le contexte de l'apprentissage profond où aucun cadre théorique complet n'est disponible. Inspiré par ces développements, et comme il s'avère, avec le but ambitieux de fournir une explication théorique solide des lois de puissance empiriquement observées dans les réseaux de neurones, nous avons entrepris de étayer les affirmations selon lesquelles la théorie du groupe de renormalisation pourrait être la théorie recherchée de l'apprentissage profond qui pourrait expliquer cela, ainsi que ce que nous appelons l'universialité algorithmique.