Les centrales solaires à concentration sont des technologies prometteuses pour la production d'énergie d'origine renouvelable. Celles mettant en œuvre des cycles thermodynamiques à hautes températures, tels que les cycles combinés, permettent d'augmenter l'efficacité de la conversion solaire. Cependant, leurs implantations nécessitent le développement de nouveaux récepteurs à haute température (T > 1100 K), tels que les récepteurs solaires à particules (SPRs). Ce travail porte sur l'optimisation numérique des principaux paramètres pilotant l'efficacité de ce type de récepteurs, l'enjeu principal étant de minimiser les pertes par rayonnement thermique. Dans un premier temps, un modèle simplifié des transferts radiatifs dans un SPR a été développé. Le modèle considère un milieu particulaire soumis à un flux solaire concentré et collimaté. Le milieu émet, absorbe et diffuse le rayonnement de manière anisotrope. L'équation de transfert radiatif est résolue par une méthode à deux-flux (géométrie 1D) avec l'approximation delta-Eddington, permettant une obtention rapide des résultats. Cette méthode a été choisie pour son adéquation aux cas d'émission et de diffusion anisotrope. L'hypothèse de diffusion indépendante est utilisée afin de déterminer les propriétés optiques du milieu. La théorie de Lorenz-Mie et l'approximation de Henyey-Greenstein ont été utilisées pour calculer, respectivement, les efficacités optiques et la fonction de phase des particules. Ce modèle est mis en œuvre avec un algorithme d'optimisation par essaims particulaires, dans le but de déterminer la taille des particules, leur fraction volumique, et leur indice de réfraction optimums. Dans un deuxième temps, six matériaux réels sont sélectionnés afin de tenter de retrouver le résultat optimum obtenu précédemment avec un matériel idéal. Ces matériaux (HfB2, ZrB2, HfC, ZrC, W et SiC) sont pertinents du fait de leur comportement sélectif ou de leur absorptivité élevée. Afin de déterminer leurs indices de réfraction, la relation de dispersion de Kramers-Kronig a été utilisée à partir de données de réflectance issues de la littérature. Trois configurations de récepteurs ont été étudiées : a) un milieu homogène comprenant un seul type de particules, b) un milieu inhomogène comprenant deux matériaux différents, c) un milieu homogène comprenant des particules enrobées. D'après les résultats de ces configurations, les particules de W enrobées de SiC permettent d'atteindre des performances proches du cas idéal optimisé. Enfin, un modèle numérique de transfert thermique par convection et rayonnement a été développé, pour étudier l'influence de l'écoulement sur les pertes radiatives du récepteur. Il est basé sur une géométrie simple constituée d'un écoulement d'un mélange de gaz et de particules circulant entre deux plaques planes, l'une étant une fenêtre par laquelle pénètre perpendiculairement le flux solaire. Le modèle radiatif développé précédemment permet de calculer la divergence du flux radiatif, tandis que l'équation de l'énergie est résolue par une approximation de low-Mach. Ainsi, les conditions de l'écoulement et des propriétés radiatives que minimisent les pertes du récepteur sont déterminés. De futurs travaux pourront être élargis à de nouveaux matériaux candidats pour les récepteurs solaires à particules. Leur index de réfraction pourra être mesuré et comparé aux valeurs théoriques obtenues par les codes développés dans le cadre de ce travail / Solar Particle Receivers (SPRs) are promising candidates to work at high temperatures (T > 1100 K) in Central Solar Power (CSP) plants. They will permit the use of high efficient thermodynamic cycles, such as a combined cycle (Brayton cycle + Rankine cycle). Nevertheless, the optimal conditions that reduce the receiver losses (and consequently maximize the receiver efficiency) still remain to be studied. In this work, the principal parameters that drive the receiver efficiency are numerically optimized. For this end, a simplified radiative model is developed, which allows one to run the high number of simulations needed in such optimization. This model consists in a 1D slab of particulate media submitted to a collimated and concentrated solar flux. The medium emits, absorbs and anisotropically scatters energy. A two-stream method with a delta-Eddington approximation is implemented to fast solve the radiative transfer equation. Among the several two-stream approximations, the one proposed by Joseph et al. (1976) is chosen due to its good treatment of the anisotropic scattering. The volume optical properties are computed under the independent scattering hypothesis, the single-particle optical properties with the Lorenz-Mie theory and the phase function with the Henyey-Greenstein phase function. Such a model is used with a Particle Swarm Optimization algorithm to find the optimal particle size, volume fraction and complex refractive index to be used in the receiver. Once the ideal optimal conditions for a SPR are found, the replication of these results is attempted by using real materials. Six materials (HfB2, ZrB2, HfC, ZrC, W and SiC) are chosen because of their spectral selective behavior or their high absorptivity. At this stage, an important difficulty is the lack of information about the refractive indexes of materials. Therefore, the Kramers-Kronig dispersion relations are utilized to find the refractive indexes from reflectance data. Then, three SPR configurations are considered: (1) a homogeneous medium with only one kind of particles, (2) a medium with a mixture of two materials and, (3) a homogeneous medium with coated particles. The three configuration results are compared with those obtained using particles made of an ideal material. A remarkable result is obtained when W-particles coated with SiC are used. This configuration decreases the radiative losses approaching to the ideal minimal. Finally, the influence of the fluid flow on the radiative losses is studied through the implementation of a convection-radiation heat transfer model. A simple geometry is adopted for a gas-particles mixture flow between two parallel plates, where one of them is a window. The concentrated solar radiation then affects perpendicularly the fluid flow. The energy equation is solved using a low-Mach approximation and the divergence of the radiative flux with the radiative model developed before. A parametric study is conducted to investigate the influence of the optical properties on the radiative losses. In the future, more materials remain to be investigated to be used in solar particle receivers. To this end, the refractive indexes of a number of materials should be measured. The developed codes will be useful for this investigation

The construction of motorways in Slovakia faces a series of geotechnical problems due to the mountainous relief. One of these problems is also discussed in this diploma thesis, where the motorway route is led through a landslide area. The aim of the thesis is to compare two different proposals of the D1 motorway in part of Hubova - Ivachnova section. The theoretical part deals with the issue of slope movements in connection with transport line constructions. In the practical part, the proposals for specific solutions of the high embankment route variant and variant with the bridge are discussed. Both variants are designed in the Plaxis numeric program. Subsequent comparison and evaluation of variants is performed in relation to the degree of stability, deformation, structural stress and construction costs.

This dissertation analyses precast walls made of plain concrete and lightly reinforced concrete. The main focus is on evaluating the concrete and the reinforcement of precast concrete wall panels in relation to manufacturing, handling, and final phases. The dynamic load component of panels during handling was measured in controlled tests. Shrinkage measurement was implemented during the maturing process of the concrete used for panel manufacturing. The value of cohesion was observed between the reinforcement and the concrete that had matured for 20 hours. It was also looked at the value of adhesive strength between the panel surface and the casting table. The experimental study checked the panel strain during removal from the casting table, the panel compression during a truck ride over an obstacle, and the tension in the carriage strap during panel transportation to the building site. Mathematical formulas were drawn up to validate the concrete and reinforcement of wall panels made of lightly reinforced concrete. Those mathematical formulas were applied in a specific panel wall design and the results were verified by nonlinear numerical models.

This diploma thesis deals with assessment of flood protection measures in Břeclav. Hydraulic calculations of proposal flood events were carried out using 2D numerical model of water flow. Several simulations took account of construction phases and different values of proposal discharge. The hydraulic calculations were computed for river Thaya including its relief branch. The results were processed in the form of inundation maps, depth maps and they were recorded in longitudinal profiles of rivers.

Aujourd’hui, les modèles numériques sont couramment utilisés dans le monde de la recherche, mais aussi de l’industrie, de la santé, de la finance, etc… La qualité du résultat sera toujours liée à la finesse et à la précision avec laquelle l’ingénieur est capable de formaliser les phénomènes physiques rencontrés. Dans le cadre plus spécifique de la modélisation biomécanique, énormément de paramètres rentrent en compte, rendant très compliquée la standardisation des modèles. Cette thèse s’inscrit donc dans une démarche d’amélioration de la qualité des modèles numériques du crâne humain au travers de plusieurs études ayant pour objectif d’analyser les paramètres morphologiques du crâne et de les utiliser pour la personnalisation d’un modèle morpho-mécanique. La méthode de scan par micro-tomographie a été utilisée pour scanner plus de 360 échantillons prélevé sur 10 crânes, puis des essais mécaniques de compression quasi-statiques et dynamiques ont été menés sur une partie de ces échantillons. Les résultats obtenus ont permis de développer une carte d’évolution d’un certain nombre de paramètres morphologiques du crane basés sur un modèle polynomiale. Une étude comparative statistique a permis de mettre en évidences les liens existants entre la morphologie et le comportement mécanique de ces échantillons. Au final, la liaison de ces deux études a permis de proposer un modèle morpho-mécanique personnalisable, puis de le valider pour différentes simulations éléments finis sur des échantillons osseux et sur une voute crânienne complète. / Today, the digital models are usually used in the world of research, but also in industry, health, finance, etc.… The quality of the results will always be connected to the accuracy with which the engineer is able of formalizing the physical phenomena. More specifically in the biomechanical modelling, working with a high number of parameters, making very complicated the standardization of the models. This thesis has an approach of improvement in the quality of the digital models of the human skull through several studies having for aim the analysis of the morphological parameters of the skull and their use for the personalization of a morpho-mechanical model.The method of scan by micro-tomography was used to scan more than 360 samples taken from 10 skulls, and then mechanical tests of compression in quasi-statics and dynamics were led on a part of these samples. The results we obtained allowed us to develop a card of evolution of a number of morphological parameters of the skull based on a polynomial model. A statistical comparative study allowed to highlight the existing links between the morphology and the mechanical behaviour of these samples. Finally, the connection of these two studies allowed to propose a customizable morpho-mechanical model, and to validate it for various finite elements simulations on bones samples and on complete human skull.

The Bohemian Massif was consolidated during the Variscan orogeny (~400-300 Ma), which involved several oceanic subductions and collisions of continental micro-plates. The central part of the Bohemian Massif, the Moldanubian domain, shows a large accumulation of felsic high-pressure metamorphs. We present a numerical model of exhumation of these rocks due to continental collision and underthrusting. The key feature of the model is a felsic (light, rheologically weak and rich in radioactive elements) material in the lower crust of one of the colliding blocks. We examine the influence of the rate of convergence of the two blocks, radiogenic heating in the felsic lower crust and efficiency of erosion, on the model evolution and pressure-temperature conditions in the lower-crustal material. The models where the material is sufficiently weakened due to radiogenic heating show formation of an orogenic plateau, sedimentation in a foreland basin, and crustal thickening accompanied by gravity-driven exhumation of the lower crust and subsequent sub-horizontal flow in the middle crust. In colder and/or faster models, the thickening is dominated by folding. We correlate the tectonic style of these two types of models with differences between the high-grade rocks in the southern (Moldanubian) and northern (Sudetic) parts...

To model clouds in the mesoscale a 3D nonhydrostatic numerical model - GESIMA - was used, with a new cloud scheme which includes a quasispectral treatment of 6 different bulk water species ( water vapor, cloud water, rain, ice, snow, graupel) . lt allows to predict the distribution parameters since the number concentration and the mass mixing ratio were prognosed. So it is possible to vary the average particle masses ( diameters) in time which gives more realistic results. According to measurements two different distribution functions (log-normal for rain and cloud water and Marshall-Palmer for solid water classes) were used to describe the different water species. The cloud model is tested in a simulation of a mesoscale snowfall event over the southern Baltic Sea. / Für die mesoskalige Simulation von Wolken wurde ein nichthydrostatisches numerisches 3D-Modell - GESIMA - benutzt, in dem ein neuer Wolkenmodul mit quasispektraler Behandlung 6 verschiedener Wolkenteilchenklassen (Wasserdampf, Wolkenwasser, Regen, Eis, Schnee, Graupel) implementiert wurde. Es erlaubt die Vorhersage der Verteilungsparameter, da sowohl die Teilchenzahlkonzentration als auch das Massenmischungsverhältnis prognostiziert werden. Damit ist es möglich auch die mittlere Masse (Durchmesser) einer Teilchensorte zeitlich zu variieren, was zu realistischeren Resultaten führt. In Übereinstimmung mit Messungen wurden 2 verschiedene Verteilungsfunktionen zur Beschreibung für die verschiedenen Teilchenklassen (log-normal für Wolkenwasser und Regen und Marshall-Palmer für Schnee und Graupel) benutzt. Das Wolkenmodell wurde in einer Simulation eines mesoskaligen Schneefallereignisses über der südwestlichen Ostsee getestet.

Numerische Experimente wurden durchgeführt, um den Einfluß von Gittermaschenweite und subskaliger Heterogenität auf die Vorhersage der am Wasserkreislauf beteiligten Größen zu untersuchen. Die Modellergebnisse zeigen, daß die Evapotranspiration, Bewölkung und der Niederschlag von der Gittermaschenweite und der Heterogenität beeinflußt werden. Es zeigte sich, daß bei Verwendung gröberer Maschenweiten unter Einbezug der verschiedenen Landnutzungstypen innerhalb der Gittermasche die Obertlächenprozesse und Phänomene (z.B. Wärmeinseleffekt) realistischer beschrieben werden, als wenn nur ein Landnutzungstyp für das gesamte Gitterelement angenommen wird. / Numerical experiments were performed to investigate the influence of grid resolution and subgrid heterogeneity on the prediction of the quantities of the water cycle. The results were compared with each other and with those provided by a simulation using the same surface parameterization scheme but taking subgrid scale surface heterogeneity into account. The model results substantiate that the evapotranspiration, cloudiness and precipitation are affected by the grid resolution and the heterogeneity. lt was found that increasing the grid size but including the heterogeneity describes more realistically the surface processes and phenomena (e.g„ heat island effect) than assuming one land use type for the whole grid element.

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[ES] El resalto hidráulico constituye uno de los fenómenos más complejos con aplicación en el campo de la ingeniería hidráulica. Por un lado, las propias características del resalto, entre las que se encuentran las grandes fluctuaciones turbulentas, la intensa entrada de aire y una disipación de energía muy significativa, contribuyen a su complejidad situando el conocimiento actual del fenómeno lejos de una comprensión total del mismo. Por otro lado, es precisamente la naturaleza disipadora de energía del resalto la que da lugar a su principal aplicación práctica. Así pues, la investigación que aquí se presenta trata de contribuir al conocimiento general del resalto hidráulico y su aplicación para disipar energía en cuencos amortiguadores de grandes presas. Para ello, se abordaron las bases del fenómeno mediante la caracterización de un resalto hidráulico clásico (RHC). La investigación se llevó a cabo bajo una doble perspectiva de modelación numérica y física. Se emplearon técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (DFC) para la realización de simulaciones de este resalto hidráulico, a la vez que se llevó a cabo una campaña experimental en un modelo físico específicamente diseñado para tratar el caso. De este modo, se abordaron los aspectos más relevantes del resalto hidráulico, incluyendo el ratio de calados conjugados, la eficiencia del resalto, la longitud de la zona de recirculación, el perfil de la lámina libre, las distribuciones de velocidad y presión, la longitud del resalto y el análisis de frecuencias. Los resultados de los modelos físico y numérico fueron comparados, no solo entre ellos, sino también con información de otros autores procedente de una extensa revisión bibliográfica. Ambos modelos mostraron su capacidad para representar con precisión el fenómeno estudiado. En base a este análisis se observa que la metodología empleada resulta adecuada para la investigación del fenómeno a estudiar. Una vez llevada a cabo la caracterización del RHC, se procedió a analizar un cuenco amortiguador para disipación de energía. En particular, se estudió un caso general y representativo de cuenco amortiguador tipificado USBR II, a partir de la doble perspectiva de modelación física y numérica. Asimismo, los resultados se compararon con datos y expresiones bibliográficas. Esta comparación pretendía evaluar los rasgos particulares del resalto hidráulico en cuencos amortiguadores de grandes presas, así como la influencia de los elementos disipadores de energía en el flujo. Todos los resultados mostraron estar en la línea de las investigaciones de otros autores, más allá de ciertas diferencias relativamente pequeñas. En consecuencia, la metodología desarrollada muestra su utilidad para abordar el estudio del flujo en cuencos amortiguadores. En concreto, los resultados presentados contribuyen a expandir el conocimiento sobre el RHC y el flujo en un cuenco amortiguador tipificado USBR II. Así pues, los resultados pueden emplearse para mejorar el diseño de estructuras de disipación de energía en grandes presas. Durante los últimos años, la adaptación de cuencos amortiguadores a caudales superiores a los empleados para su diseño ha ganado gran relevancia. Esta adaptación resulta clave por los efectos del cambio climáticos y las crecientes exigencias de la sociedad en materia de seguridad y protección frente a avenidas. De este modo, toda contribución a la modelación de resaltos hidráulicos, como la que aquí se presenta, resulta crucial para afrontar el reto de la adaptación de las estructuras hidráulicas para disipación de energía. / [EN] The hydraulic jump constitutes one of the most complex phenomena with application in hydraulic engineering. On the one hand, a series of features bound to the hydraulic jump nature, such as the large turbulent fluctuations, the intense air entrainment and the significant energy dissipation, contribute to build its complexity, which places the current knowledge far from a full understanding of the phenomenon. On the other hand, it is precisely this energy dissipating nature that justifies its use in large-dam stilling basins, which constitutes its main practical application. Hence, the research here presented aimed to contribute to the general knowledge of the hydraulic jump phenomenon and its application for energy dissipation purposes in large-dam stilling basins. To this end, the bases of the phenomenon were addressed by characterising a classical hydraulic jump (CHJ). The research was conducted under a double numerical and physical modelling approach. Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques were employed to simulate the hydraulic jump, whereas an experimental campaign in a physical model designed for the purpose was carried out too. The most relevant hydraulic jump characteristics were investigated, including sequent depths ratio, hydraulic jump efficiency, roller length, free surface profile, distributions of velocity and pressure, hydraulic jump length and fluctuating variables. The results from the physical and the numerical models were compared not only between them, but also with bibliographic information coming from an extensive literature review. It was found that both modelling approaches were able to accurately represent the phenomenon under study. Once the characterisation of the CHJ was carried out, the analysis of an energy dissipation stilling basin was developed. In particular, a general and representative case study consisting in a typified USBR II stilling basin was analysed through a physical and numerical modelling approach. In addition, the modelled results were compared with data and expressions coming from a bibliographic review. This comparison was intended to assess the particular characteristics of the hydraulic jump in a large-dam stilling basin, as well as the affection of the energy dissipation devices to the flow. The results revealed not only similarities to the CHJ, but also the influence of the energy dissipation devices existing in the stilling basin, all in good agreement with bibliographic information, despite some slight differences. Consequently, the presented modelling approach showed to be a useful tool to address free surface flows occurring in stilling basins. In particular, the results reported contribute to the enhancement of the knowledge concerning the CHJ and the flow in a typified USBR II stilling basin. These results can be used to improve the design of large-dam energy dissipation structures. This is a key issue in hydraulic engineering, especially in the recent years. Thus, there is an increasing urgency for the adaptation of existing stilling basins, which must cope with higher discharges than those considered in their original design. The adaptation of these structures becomes even more important due to climate change effects and increasing society demands regarding security and flood protection. In these terms, contributions to hydraulic jump modelling, as the ones presented in this research, are crucial to face the challenge of energy dissipation structures adaptation. / [CA] El ressalt hidràulic constitueix un dels fenòmens de major complexitat amb aplicació en el camp de l'enginyeria hidràulica. D'una banda, les característiques del propi ressalt, com poden ser les grans fluctuacions turbulentes, la intensa entrada d'aire i una dissipació d'energia molt significativa, contribueixen a la seua complexitat, de manera que el coneixement actual del ressalt està lluny d'una comprensió total del mateix. D'altra banda, és precisament la gran dissipació d'energia associada al ressalt la que motiva la seua principal aplicació pràctica. La investigació que ací es presenta tracta de contribuir al coneixement general del ressalt hidràulic i la seua aplicació per dissipar energia al vas esmorteïdor de grans preses. En primer lloc, s'abordaren les bases del fenomen mitjançant la caracterització d'un ressalt hidràulic clàssic (RHC). La investigació es va dur a terme sota una doble perspectiva de modelització física i numèrica. El ressalt hidràulic es va simular emprant tècniques de Dinàmica de Fluids Computacional (DFC), mentre paral·lelament es desenvolupava una campanya experimental amb un model físic específicament dissenyat per tractar aquest cas. D'aquesta manera, es van abordar els aspectes més rellevants del ressalt, incloent el ràtio de calats conjugats, l'eficiència, la llargària de la regió de recirculació, el perfil de la superfície lliure, les distribucions de velocitat i pressió, la llargària del ressalt i l'anàlisi de freqüències. Els resultats dels models físic i numèric es compararen, no solament entre ells, sinó també amb informació procedent d'una extensa revisió bibliogràfica. Ambdós models van mostrar la seua capacitat per reproduir amb precisió el fenomen estudiat. Prenent aquest anàlisi, s'observa que la metodologia desenvolupada resulta apropiada per investigar fenòmens com el ressalt hidràulic. Caracteritzat el RHC, s'analitzà un vas esmorteïdor amb funció dissipadora d'energia. Concretament, s'estudià un cas general i representatiu de vas esmorteïdor tipificat USBR II, partint de la doble perspectiva de modelització física i numèrica. Així mateix, els resultats es van comparar amb dades i expressions bibliogràfiques. Aquesta comparació pretenia avaluar les particularitats del ressalt hidràulic al vas esmorteïdor de grans preses, així com la influència al flux dels elements dissipadors d'energia. D'aquesta manera, els resultats es situaren en la línia d'investigacions d'altes autors, més enllà de les lleugeres diferències reportades. En conseqüència, la metodologia desenvolupada mostra la seua utilitat per abordar l'estudi del flux en estructures de dissipació d'energia. En particular, els resultats contribueixen a expandir el coneixement relatiu al RHC i al flux en un vas esmorteïdor tipificat USBR II. Així, aquests resultats poden ser utilitzats per millorar el disseny de les estructures de dissipació d'energia de grans preses. Durant els últims anys, l'adaptació de vasos esmorteïdors a cabals superiors als considerats en la seua fase de disseny ha guanyat especial rellevància. Aquesta adaptació resulta crucial pels efectes del canvi climàtic i les creixents demandes de la societat en matèria de seguretat i protecció front a inundacions. En definitiva, tota contribució a la modelització de ressalts hidràulics, com la que ací es presenta, és de gran importància per afrontar el repte de l'adaptació d'estructures hidràuliques dissipadores d'energia. / The research here presented was funded by ‘Generalitat Valenciana predoctoral grants (Grant number [2015/7521])’, in collaboration with the European Social Funds and by the research project ‘La aireación del flujo y su implementación en prototipo para la mejora de la disipación de energía de la lámina vertiente por resalto hidráulico en distintos tipos de presas’ (BIA2017-85412-C2-1-R), funded by the Spanish Ministry of Economy in cooperation with European FEDER funds. / Macián Pérez, JF. (2020). Numerical and physical modelling approaches to the study of the hydraulic jump and its application in large-dam stilling basins [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149565 / TESIS