L'analyse des écoulements au sein des faisceaux d'assemblages constitue un volet important des études des réacteurs à eau pressurisée. Une mauvaise répartition thermique au sein de ces écoulements peut conduire à une crise d'ébullition nuisible à la sûreté du réacteur. De nombreuses études ont montré l'existence de phénomènes de réorganisation de structures aux grandes échelles dans ces écoulements. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension de ces phénomènes, l'objectif étant de développer des modélisations aux petits échelles adaptées. Un travail bibliographique a mis en évidence les difficultés rencontrées par les simulations pour reproduire ces phénomènes, ainsi que de nombreux questionnements concernant leur caractère physique. Des simulations 3D ont été réalisées et ont permis d'identifier deux mécanismes de réorganisation pour les structures aux grandes échelles : un changement de signe de la vitesse transverse entre les crayons ou du tourbillon dans un sous-canal. Il est apparu qu'il semblait pertinent d'adopter l'hypothèse de Taylor pour considérer que les grandes structures 3D évoluaient comme un écoulement 2D transporté. Un gros volet de la thèse a concerné la mise en œuvre d'un code basé sur une méthode statistique pour un champ 2D dans le but de déterminer les états thermodynamiquement stables dans des géométries avec obstacles. Des similarités ont été obtenues entre les structures en REP et les états stables en 2D. Des simulations 2D ont permis d'identifier deux bifurcations possibles pour l'écoulement, qui présentent un parallèle avec les mécanismes de réorganisations 3D, et permettent ainsi de poser les bases d'une explication physique du phénomène / The analysis of fuel rod bundle flows constitute a key element of pressurized-water reactors safety studies. Indeed, an insufficient flow thermal mixing can lead to a boiling crisis, which is nefarious for the reactor safety. Numerous studies have shown the existence of reorganisation phenomena in the flow large-scale structures. This thesis work aims at improving our understanding of these phenomena, with the long-term goal of developing small-scales models suited for this type of flow. A bibliographic study has brought to light the challenges faced by simulations attempting to capture these phenomena, as well as various questions regarding their physical meaning. 3D simulations have been performed in order to study this flow ; they allowed to identify two reorganisation mechanisms for the large-scale structures consisting in a sign change for either a transverse velocity in rod-to-rod gaps or for a subchannel vortex. It appeared relevant to adopt a Taylor hypothesis in order to consider the evolution of large-scale 3D structures as transported-2D. A statistical method has then been applied to the 2D field in order to determine its thermodynamically-stable states in geometries with obstacles using the resolution of an optimization problem with a numerical calculation tool. Interesting similarities have been obtained between the PWR coherent structures and the stable states in a simplified 2D geometry. Further, 2D numerical simulations allowed to identify two different possible flow bifurcations. A parallel is drawn between these bifurcations and the two reorganizations observed in 3D simulations, laying the foundations for a physical explanation of this phenomenon

Dieser Beitrag untersucht die Gültigkeit von 2,5D und 3D Simulationsmodellen des Füllvorgangs beim Spritzgießen. Zur numerischen Approximation dieser Ansätze wird für das 2,5D Verfahren die Software Cadmould 3D-F und für das 3D Verfahren Ansys CFX verwendet. Um das nicht newtonsche Viskositätsverhalten der Polymerschmelze abzubilden, wird in beiden Simulationen ein geeignetes Viskositätsmodell verwendet. Die Ergebnisse des numerischen Füllvorgangs werden anschließend mit experimentellen Daten validiert. / This article examines the validity of 2.5D and 3D simulation models of the filling process in injection molding. To numerically approximate these approaches, the software Cadmould 3D-F is used for the 2.5D method and Ansys CFX for the 3D method. To represent the non-Newtonian viscosity behavior of the polymer melt, a suitable viscosity model is used in both simulations. The results of the numerical filling process are then validated with experimental data.

This thesis investigates the possibilities of using hybrid ventilation in an office building in Stockholm. The focus is on simulating the natural airflow to find out for which conditions it is sufficient. The thesis is done at White Arkitekter AB in cooperation and under the supervision of environmental specialists working there. A literature study is carried out to study what has been done before in Sweden as well as in other countries. Computer simulations are used to simulate the airflow to examine the conditions and architecture. A synthetic computer model representing a realistic office building is built up as a starting point. The ventilation method for the natural ventilation part is to take air in through the fa\c{c}ade and use the stack effects in an atrium for natural ventilation. By altering the architecture and the sizes of the openings according to the results from the simulations the building is dimensioned and formed to cope with the rules and requirements about the indoor air quality in workplaces. The simulations are done with a multi zone energy performance simulation tool that can simulate airflows and indoor air climate conditions in the zones as well as the energy consumption. Computational fluid dynamics calculations are then used to more closely simulate the conditions within the zones. The results from those simulations suggest that the natural ventilation as a part of a hybrid ventilation works for all the floors of the building for up to 10$\,^{\circ}\mathrm{C}$. The computational fluid dynamics simulations showed that the thermal comfort of all the occupants is fulfilled for these conditions but there is a risk of occupants experiencing draught because of to high velocities in the air especially for the colder outdoor temperatures. For the higher outdoor temperatures the airflow needs to be enforced to ensure sufficient conditions for the occupants and for the colder temperatures mechanical ventilation is needed to decrease heat losses and avoid the risk of draught.

L’objectif de cette thèse est de présenter des critères simples pour l’évaluation des performances d’une ventilation transversale. On définit l’efficacité et le rendement, calculés à partir du flux de déficit de densité créé par l’incendie. Après une étude préliminaire permettant de caler les modèles numériques, l’influence de différents paramètres sur ces valeurs a été évaluée. Dans un premier temps, l’étude a porté sur une seule trappe et a montré que le courant d’air dans le tunnel est le paramètre le plus important. A l’inverse, la forme de la trappe pour une surface donnée n’a que très peu d’importance, sauf dans des cas limites (fente sur toute la largeur du tunnel). L’étude d’un canton à huit trappes confirme l’importance du contrôle du courant d’air. Lorsqu’on diminue le nombre de trappes en conservant la même surface totale d’aspiration, cette sensibilité tend à disparaître, mais l’efficacité diminue. Enfin, l’étude de l’influence de l’encombrement montre une légère amélioration de l’efficacité, due à l’obstruction d’une partie de la section par des camions, qui bloquent les fumées au droit des trappes. / The aim of this study is to present simple criteria to evaluate the performances of a transverse ventilation system. Efficiency and yield have been defined, based on the flux of density deficit createdby the fire. After a preliminary study of numerical models, the influence of different parameters on those criteria has been investigated. First, the study focused on the simplified case of a single damper. We showed that the air flow speed in the tunnel is the more important parameter. On the contrary, the shape of the damper has little influence on the efficency, except in unusual cases (slit on the whole width of the tunnel). Then, the study of a longer portion of the tunnel confirmed the prominence of the limitation of air flow speed. Comparison with a case with fewer dampers but the same total extraction section showed that this sensibility to air flow speed tends to disappear for larger dampers, but that the efficiency is lowered. Finally the study of the influence of heavy-goods-vehicules obstructing the tunnel reports better results, due to the fact that big objects tend to confine smokes.

Cette thèse évalue d'abord le potentiel thermodynamique du cycle au CO2 supercritique (sc-CO2) pour une large gamme de température de source chaude et étudie son couplage aux applications nucléaires, 45.7% d’efficacité thermique étant obtenu pour un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium. Des simulations CFD sont réalisées sur un compresseur à échelle réduite et confrontées à une expérience, apportant des éléments de qualification. Des simulations sur un compresseur à échelle 1:1 révèlent des particularités liées à la compression du sc-CO2 au comportement gaz réel, offrant un retour d’expérience pour la conception. Dans ce cadre, une approche de cartes de performance est proposée et validée à l'aide de simulations. Enfin, une étude de la collapse d’une bulle dans le CO2 liquide au voisinage du point critique est réalisée et indique l'absence d’effet destructif de cavitation, ouvrant la voie au fonctionnement du compresseur en phase liquide, lieu optimum de l'efficacité du cycle. / This study first evaluates the thermodynamic performance of the supercritical CO2 (sc-CO2) cycle in a large range of heat source temperature, with a focus on the nuclear applications; a thermal efficiency of 45.7% is reported for a Sodium-cooled Fast Reactor. Second, CFD simulations have been performed on a small scale sc-CO2 compressor and results have been confronted positively with the experimental data. Simulation results on a real scale compressor have then revealed some particularities during the compression of a real fluid, providing feedbacks for the component design. In addition, a reliable performance maps approach has been proposed for the sc-CO2 compressor and validated using the CFD results. Finally, an investigation of bubble collapse in the liquid CO2 near the critical point has disclosed the likely absence of detrimental effects. As such, risks of cavitation damage should be low, favoring the compressor operation in the liquid region for cycle efficiency improvement.

Cette étude est consacrée au problème inverse d’estimation de l’intensité et de la position d’une source de polluant. Nous inversons tout d’abord des mesures de concentration à l’intérieur d’une chambre à sable(extension des égouts souterrain) en utilisant la méthode d’identification modale pour estimer l’intensité d’émission du gaz H2S. Une approche originale est ensuite proposée pour estimer la position d’une source en utilisant la notion de transmittance entre deux capteurs. Des outils de régularisation sont utilisés afin d’estimer chaque transmittance, dont le produit de convolution avec la concentration d’un capteur choisi comme référence correspond à la réponse d’un capteur quelconque. Les transmittances estimées à partir des signaux de concentration simulés dans une configuration d’un écoulement tunnel avec source ponctuelle sont ensuite comparées à la sortie d’un modèle analytique 1D de l’équation de transport.L’utilisation d’un algorithme de minimisation non linéaire a permis d’estimer d’abord la vitesse et le coefficient de diffusion de l’écoulement et ensuite la position de la source, sous certaines hypothèses / This numerical study deals with the inverse problem of estimating the intensity and the positionof a pollutant source. The estimation of time-varying emission rates of pollutant sources of H2S in asewer chamber is first implemented through inversion of concentration measurements using the modal identification method. A specific method based on transmittance functions between sensors output isused to estimate the source position. Regularization tools are applied to estimate each transmittance,whose convolution product with the concentration of a reference sensor models the response of any sensor.Transmittances estimated from simulated concentration signals in a tunnel flow with a point source arethen compared to the output of 1D analytical model for the transport equation. A nonlinear minimizationalgorithm is used to estimate the velocity and the diffusion coefficient first and the source position next,under some assumption

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP. / This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM.

S požadavky materiálových věd na stále menší částice jsou potřebné i nové přístupy a metody jejich klasifikace. V disertační práci jsou zkoumány struktury turbulentního proudění a trajektorie částic uvnitř dynamického větrného třídiče. Zvyšující se výpočtový výkon a nové modely turbulence a přístupy modelování komplexních plně turbulentních problémů řešením Navier-Stokesových rovnic umožňují zkoumání stále menších lokálních proudových struktur a vlastností proudění s větší přesností. Částice menší než 10 mikronů jsou více ovlivnitelné a jejich klasifikace do hrubé nebo jemné frakce závisí na malých vírových strukturách. Práce se zaměřuje na podmínky nutné ke klasifikaci částic pod 10 mikronů, což je současná hranice možností metody větrné separace. CFD software a poslední poznatky modelování turbulence jsou použity v numerické simulaci proudových polí dynamického větrného třídiče a jsou zkoumány efekty měnících se operačních parametrů na proudová pole a klasifikaci diskrétní fáze. Experimentální verifikace numerických predikcí je realizovaná prostřednictvím částicové anemometrie na základě statistického zpracování obrazu (PIV) a proudění lopatkami rotoru je vizualizováno. Predikované trajektorie částic jsou experimentálně ověřeny třídícími testy na větrném třídiči a granulometrie je určená pomocí laserové difrakční metody. Zkoumány jsou Trompovy křivky a efektivita třídění.

The master thesis deals with flow modeling in the CFD program. By means of which the opti-mal version of the air distribution diffuser in the sports hall will be selected. The first variant will bring fresh air through textile diffusers. The second variant will bring fresh air through flooded large circular diffusers. The tested parameter of the indoor environment will be the flow velocity and the age of the air. The better-performing version will be processed as an implementation documentation.

Tato numerická studie je zaměřená na axisymetrickou pulzní trysku při zachování relativně nízkých Reynoldsových čísel a její fyzikální podstatu, která dosud nebyla zcela vysvětlena. Hlavním cílem práce bylo prozkoumat a zhodnotit vliv přidání periodického komponentu rychlosti ke stacionární složce rychlosti. Nejdříve byl řešen stacionární případ, poté byla do simulace přidána pulzace a byla vytvořena nestacionární simulace. Numerické řešení stacionárního případu bylo ověřeno pomocí asymptotického řešení, které předložil Hermann Schlichting [44]. Přesnost tohoto analytické řešení byla opravena na základě experimentálních poznatků Andradeho a Tsiena [1]. Pomocí této korekce je zmenšena oblast singularity řešení v blízkosti počátku proudění. Z matematického pohledu se v podstatě jedná korekcí prvního řádu, což bylo dokázáno Revueltou a spol [36]. Samotné analytické řešení bylo vytvořeno v MATLABu zatímco pro numerické řešení byl použit software Ansys Fluent. Při numerické simulaci byly Navier-Stokesovi rovnice integrovány ve své plné formě za pomoci algoritmu založeném na tzv. rovnici korekce tlaku. Pulzační tryska byla poté řešena pro různé parametry tak, aby bylo možné zhodnotit vliv jednotlivých parametrů na evoluci takto modulovaného proudu. Nakonec byla posouzena možná aplikace pulzních trysek v průmyslu s ohledem na možnost snížení emisí v průběhu spalovacího procesu.