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Vegetation has been identified to play a significant role in river environments by providing a wide range of ecosystem services. For this reason, the use of plants has become relevant in river restoration projects. However, the presence of plants in channel beds increases the flow resistance and, thus, the water levels during flood conditions. Additionally, river vegetation, whether instream or riparian, influences the morphological evolution of rivers. Observations show that instream vegetation has a strong impact on bedload transport. Yet, there is a scarcity of sediment transport predictors that directly account for the effects of plants, and existing methods, based on re-calculation of roughness coefficients, may present some inconsistencies. Therefore, an approach that extends Einstein’s (1950) parameters to include the effects of vegetation geometry and spatial density on sediment transport is herein proposed. The new formulations of the dimensionless transport parameter Φ and the flow intensity parameter Ψ were derived for their implementation in existing bedload predictors of the form Φ = (Ψ). The applicability of this new approach considers the presence of submerged and emergent vegetation, but reduces to the original Einstein’s model if vegetation is absent. The research methodology was carried out in four phases. First, a comprehensive literature review for the identification of, mainly, the different effects of vegetation on river morphodynamics, the state-of-the-art knowledge on the flow-sediment-vegetation interactions, and the current approaches to bedload estimation in channels with vegetated beds. Second, the derivation of the extended Einstein’s parameters, starting from a momentum balance for a control volume of a generic channel with instream submerged vegetation (as proposed by Petryk and Bosmajian, 1975). Third, an extensive experimental program carried out on a tilting flume with a mobile bed and with plants being represented by series of aluminum cylinders. Different scenarios of vegetation spatial density were tested while measurements of bedload rate, water level, bed level and flow velocity were periodically performed in order to assess conditions of stationarity and morphodynamic equilibrium. Last, a deep analysis of experimental results allowed for the calibration of the new approach, whereas external datasets from the literature were used to assess its performance in a wide variety of conditions. A study based on four statistical measures showed that the extended Einstein’s parameters are significantly more suitable for bedload rate estimation when compared to the original ones, since predicted and measured values have, on average, the same order of magnitude. Additionally, the new approach outperformed the widely-adopted method of Baptist (2005), which consists of the re-calculation of bed roughness in vegetated settings. Finally, the experimental observations suggest that the submergence ratio and the stem spatial density are the most important traits of river plants to display influence on bedload transport, channel bed stability, and bed form dimensions and patterns. A better understanding of these traits might lead to better prediction capabilities of river evolution. / La vegetazione svolge un ruolo fondamentale negli ambienti fluviali, poiché fornisce un ampio spettro di servizi ecosistemici; per questo essa è una componente rilevante dei progetti di riqualificazione fluviale. Tuttavia, la presenza di piante in alveo aumenta la resistenza al moto e di conseguenza anche il tirante idrico durante gli eventi di piena. Inoltre, la copertura vegetale in alveo e nelle zone riparie influenza l'evoluzione morfologica dei corsi d'acqua. Nonostante le evidenze sperimentali mostrino che la vegetazione in alveo ha un forte impatto sul trasporto dei sedimenti, sono poche le formule di trasporto che tengono conto in modo esplicito dell'effetto della vegetazione e i metodi esistenti, basati sulla determinazione di un coefficiente di scabrezza, possono dare luogo a incongruenze. Per questa ragione, in questa tesi si propone un approccio che estende la formulazione di Einstein (1950) e include l'effetto della geometria e della densità spaziale della vegetazione sul trasporto solido. Sono state derivate nuove espressioni per il parametro di trasporto adimensionale Φ e il parametro di intensità del trasporto Ψ, che possono essere introdotte in modelli di trasporto esistenti del tipo Φ = f(Ψ). Questo nuovo approccio consente di considerare l'effetto della presenza di vegetazione sommersa ed emergente e si riduce al modello originale di Einstein in assenza di vegetazione. L'attività di ricerca si è svolta in quattro fasi. Nella prima fase si è svolta un'analisi approfondita della letteratura mirata soprattutto a identificare gli effetti della vegetazione sulla morfodinamica fluviale, definire lo stato dell'arte relativo alle interazioni fra flusso liquido, sedimenti e vegetazione, ed analizzare gli approcci esistenti per la stima del trasporto di fondo in alvei vegetati. Nella seconda fase si sono derivati i parametri della formulazione di Einstein estesa a partire dal bilancio di quantità di moto per un volume di controllo di un canale generico con vegetazione sommersa (come proposto da Petryk e Bosmajian, 1975). Nella terza fase è stato condotto un esteso set di esperimenti, utilizzando un modello fisico costituito da una canaletta di laboratorio a pendenza variabile e fondo mobile, in cui le piante sono state simulate tramite cilindri in alluminio. Sono stati riprodotti diversi scenari di densità spaziale della vegetazione e sono stati misurati periodicamente la portata solida, la quota della superficie libera e del fondo e la velocità della corrente per valutare le condizioni di stazionarietà ed equilibrio morfodinamico. Infine, il nuovo approccio è stato calibrato sulla base di un'analisi approfondita dei risultati sperimentali e quindi applicato a set di dati di letteratura per valutarne l'accuratezza in un ampio intervallo di condizioni. Un'analisi statistica basata su quattro indicatori ha mostrato che i parametri della formulazione di Einstein estesa producono stime di trasporto solido sensibilmente più accurate rispetto ai parametri originali, in quanto i valori calcolati sono, in generale, dello stesso ordine di grandezza dei valori misurati. Inoltre, il nuovo approccio dà risultati migliori rispetto al metodo di Baptist (2005), ampiamente adottato, che consiste nel ricalcolo della scabrezza per gli alvei vegetati. Infine, le osservazioni sperimentali suggeriscono che il rapporto di sommergenza e la densità spaziale delle piante sono i parametri che influenzano in modo più significativo il trasporto solido, la stabilità del fondo dell'alveo, la scala delle forme di fondo e la loro organizzazione spaziale. Una conoscenza più approfondita di questi aspetti può contribuire a una maggiore capacità di prevedere l'evoluzione dei corsi d'acqua. / Se ha identificado a la vegetación como un actor importante en ambientes fluviales al proporcionar una amplia gama de servicios ecosistémicos. Por esta razón, el uso de plantas se ha vuelto cada vez más relevante en proyectos de restauración de ríos. Sin embargo, su presencia en lechos fluviales impacta la resistencia al flujo, aumentando los niveles del agua en condiciones de inundación. Además, este tipo de vegetación, ya sea que esté en el lecho o en las márgenes, influye en la evolución morfológica de los ríos. Diversas observaciones han mostrado que la vegetación fluvial tiene un fuerte impacto en las tasas de transporte sólido de fondo. A pesar de ello, hay una escasez de métodos confiables para la estimación de este tipo de sedimentos que tome en consideración el efecto de las plantas y, aquéllos que existen, los cuales se basan en la corrección del coeficiente de rugosidad del canal, suelen presentar resultados inconsistentes. Por tanto, se propone aquí un método que extiende las definiciones fundamentales de Einstein (1950) en modo que se incluyan los efectos de la geometría y la densidad espacial de las plantas sobre el transporte sólido. Las nuevas ecuaciones del parámtero de transporte, Φ, y el parámetro de movilidad, Ψ, fueron obtenidas para su implementación en métodos predictores de transporte de fondo de la forma Φ = (Ψ). La aplicabilidad de este nuevo enfoque considera la posibilidad de vegtación fluvial tanto emergente como sumergida, y se reduce a las ecuaciones originales de Einstein si ésta fuera inexistente. La metodología de investigación se llevó a cabo en cuatro fases. Primero, una revisión exhaustiva de la literatura para la identificación, principalmente, de los diferentes efectos de la vegetación en la morfodinámica de ríos, los avances más recientes en el conocimiento sobre las interacciones flujo-sedimento-vegetación, y los métodos actualmente existentes para la estimación del transporte sólido de fondo en canales naturales vegetados. En segundo lugar, la obtención de los parámetros de Einstein extendidos a partir de un balance de momentum para el volumen de control de un canal genérico con vegetación sumergida (según lo propuesto por Petryk y Bosmajian, 1975). En tercer lugar, un extenso programa experimental realizado en un canal de fondo móvil y pendiente variable, con las plantas siendo representadas por series de cilindros metálicos. Se probaron diferentes escenarios de densidad espacial de vegetación, mientras que periódicamente se realizaron mediciones transporte sólido, niveles del agua, topografía del fondo y velocidad del flujo con el objeto de evaluar las condiciones de flujo uniforme y equilibrio morfodinámico. Por último, un análisis profundo de los resultados experimentales permitió la calibración del nuevo método, mientras que se utilizaron datos externos disponibles en la literatura para evaluar su desempeño bajo diversas condiciones. Un estudio basado en cuatro medidas estadísticas mostró que los parámetros extendidos de Einstein son mucho más adecuados para la estimación del transporte de fondo en comparación con los originales, ya que los valores estimados y los medidos muestran, en promedio, el mismo orden de magnitud. Además, el nuevo método superó al propuesto por Baptist (2005), ampliamente utilizado, el cual consiste en la corrección de la rugosidad del canal en presencia de vegetación. Finalmente, las observaciones experimentales sugieren que la sumergencia de las plantas y la densidad espacial de los tallos son las variables más influyentes en el transporte sedimentos de fondo, la estabilidad del lecho, y las dimensiones y patrones de la forma de fondo. Una mejor comprensión de estas variables puede significar una mejor capacidad para predecir la evolución de un río.

Trois types des ETLs ont été développés et étudiés dans cette travaille comme une photoélectrode dans la cellule solaire à colorant (DSSC). Ils sont composés de (1) deux types de nanoparticules de TiO2-brookite, (2) le composite d'anatase et graphène et (3) la nanoparticule de ZnO qui a nanobâtonnet structure, respectivement. Toutes photoélectrodes sont préparées par le technique « doctor blade ». La morphologie des photoélectrodes ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (MET) et microscopie électronique à balayage (MEB). Les épaisseurs de couche sont mesurées en utilisant la profilométrie. Pour les films caractérisations structurelles, une haute résolution diffractomètre à rayons X a été utilisée. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et micro-Raman ont été effectués pour vérifier la préparation composite TiO2_Gr. Les propriétés des films optiques ont été enregistrées avec un spectrophotomètre équipé d'une sphère d'intégration de techniques. Les performances de cellules ont été obtenues en mesurant les courbes IV des cellules sous illumination calibré. Pour atteindre une compréhension profonde du fonctionnement de la cellule, la spectroscopie d'impédance (IS) technique a été étudiée sur une grande gamme de potentiel appliquée. En faisant est l'étude, la structure électronique, porteurs de charge à vie (tn), le transport / heure de collecte (ttr) et les paramètres de transport d'électrons des couches ont été déterminées. L'étude soin de leurs propriétés a révélé non seulement leurs avantages mais aussi leur limitation. Cette information sera bénéfique comme une considération pour les travaux futurs. / Three kinds of ETL have been developed and studied in this present work as a photoelectrode in DSSC. Those composed of (1) two kinds of TiO2-brookite nanoparticles, (TiO2_B1 and TiO2_B2), (2) the composite of anatase and graphene (TiO2_Gr) and (3) the nanorods like ZnO nanoparticles (ZnO_NR), respectively. All photoelectrode are prepared by doctor blading technique. The morphology of photoelectrodes have been characterized using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The layer thicknesses were measured using profilometry. For the film structural characterizations, a high-resolution X-ray diffractometer was used. The Fourier transform infrared (FTIR) and micro Raman measurement have been carried out to verify the TiO2_Gr composite preparation. The optical film properties (total transmission and total reflection) were recorded with a spectrophotometer equipped with an integrating sphere techniques. The cell performances were obtained by measuring the I-V curves of the cells under calibrated illumination. To achieve an in-deep understanding of the cell functioning, the impedance spectroscopy (IS) technique has been studied over a large applied potential range. By doing IS study, the electronic structure, charge carrier lifetime (tn), transport/collection time (ttr) and electron transport parameters of the layers have been determined. The carefully study of their properties has revealed not only their advantages but also their limitation. This information will be beneficial as a consideration for the future work.

The report deals with the study of the resistence of the nonporous polymer materiále against permeation of the selected TICs, with the analysis of the running difussion processes and utilization of the acquired results for the selection of suitable barrier materials for the protective means.

Neste trabalho são apresentados os valores do primeiro coeficiente de Townsend de ionização, α, para o isobutano puro, obtidos com uma câmara de placas paralelas de anodo resistivo no intervalo de campo elétrico reduzido de 140 Td a 230 Td. O método empregado baseia-se em uma nova versão da técnica de Townsend pulsada, onde a ionização primária é produzida pela incidência de um feixe de laser pulsado de nitrogênio em um eletrodo (catodo) de alumínio. O anodo de vidro de alta resistividade (ρ = 2 x 1012Ω.cm) protege o detector contra descargas disruptivas. Para validação inicial do método, a comparação entre as correntes elétricas medidas nos regimes de ionização e de avalanche foi usada na determinação dos valores de α no nitrogênio, gás amplamente estudado com dados bem estabelecidos na literatura. Esta técnica foi estendida com sucesso para obtenção do parâmetro α para o isobutano puro. A presença de efeitos relativos à carga espacial, recombinação e à queda ôhmica através do anodo resistivo foi investigada mediante variação da taxa de repetição do feixe de laser, de sua intensidade e do campo elétrico aplicado. Destes processos secundários, somente a queda ôhmica mostrou-se relevante e os valores de campo elétrico reduzido foram corrigidos para este efeito. Os primeiros coeficientes de Townsend obtidos são compatíveis, dentro do erro experimental, com os determinados com o programa Magboltz 2 versões 7.1 e 8.6. / In this work are presented data of Townsend first ionization coefficient, α, in pure isobutane, obtained with a parallel plate chamber of resistive anode, for the reduced electric field range of 140 Td up to 230 Td. The adopted method is based on a new version of the Pulsed Townsend Technique, where the primary ionization is produced by the incidence of nitrogen pulsed laser beam in an aluminum electrode (cathode). The glass anode of high resistivity (ρ = 2 x 1012 Ω.cm) protects the detector against sparks. To validate the method, the α values were determined by comparing the ionization and avalanche electric currents in nitrogen, gas widely studied with well-established data in literature. This technique was successfully extended to obtain α parameters in pure isobutane. The presence of effects related to spatial charge, recombination and ohmic drop across the resistive anode was investigated by varying laser pulse repetition rate, its intensity and applied electric field. Of these secondary processes, only the ohmic drop was relevant and the reduced electric field values were corrected for it. The first Townsend coefficients obtained are compatible, within the experimental errors, with those determined with Magboltz 2 program versions 7.1 e 8.6.

Neste trabalho são apresentados os valores do primeiro coeficiente de Townsend de ionização, α, para o isobutano puro, obtidos com uma câmara de placas paralelas de anodo resistivo no intervalo de campo elétrico reduzido de 140 Td a 230 Td. O método empregado baseia-se em uma nova versão da técnica de Townsend pulsada, onde a ionização primária é produzida pela incidência de um feixe de laser pulsado de nitrogênio em um eletrodo (catodo) de alumínio. O anodo de vidro de alta resistividade (ρ = 2 x 1012Ω.cm) protege o detector contra descargas disruptivas. Para validação inicial do método, a comparação entre as correntes elétricas medidas nos regimes de ionização e de avalanche foi usada na determinação dos valores de α no nitrogênio, gás amplamente estudado com dados bem estabelecidos na literatura. Esta técnica foi estendida com sucesso para obtenção do parâmetro α para o isobutano puro. A presença de efeitos relativos à carga espacial, recombinação e à queda ôhmica através do anodo resistivo foi investigada mediante variação da taxa de repetição do feixe de laser, de sua intensidade e do campo elétrico aplicado. Destes processos secundários, somente a queda ôhmica mostrou-se relevante e os valores de campo elétrico reduzido foram corrigidos para este efeito. Os primeiros coeficientes de Townsend obtidos são compatíveis, dentro do erro experimental, com os determinados com o programa Magboltz 2 versões 7.1 e 8.6. / In this work are presented data of Townsend first ionization coefficient, α, in pure isobutane, obtained with a parallel plate chamber of resistive anode, for the reduced electric field range of 140 Td up to 230 Td. The adopted method is based on a new version of the Pulsed Townsend Technique, where the primary ionization is produced by the incidence of nitrogen pulsed laser beam in an aluminum electrode (cathode). The glass anode of high resistivity (ρ = 2 x 1012 Ω.cm) protects the detector against sparks. To validate the method, the α values were determined by comparing the ionization and avalanche electric currents in nitrogen, gas widely studied with well-established data in literature. This technique was successfully extended to obtain α parameters in pure isobutane. The presence of effects related to spatial charge, recombination and ohmic drop across the resistive anode was investigated by varying laser pulse repetition rate, its intensity and applied electric field. Of these secondary processes, only the ohmic drop was relevant and the reduced electric field values were corrected for it. The first Townsend coefficients obtained are compatible, within the experimental errors, with those determined with Magboltz 2 program versions 7.1 e 8.6.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioRSC_D.pdf: 2507020 bytes, checksum: a37e1d7dab2eac259aaf027c888b3f3d (MD5) Previous issue date: 2008-01-30 / In this study were projected, built and tested an electric solar dryer consisting of a solar collector, a drying chamber, an exhaust fan and a fan to promote forced hot air convection. Banana drying experiments were also carried out in a static column dryer to model the drying and to obtain parameters that can be used as a first approximation in the modeling of an electric solar dryer, depending on the similarity of the experimental conditions between the two drying systems. From the banana drying experiments conducted in the static column dryer, we obtained food weight data as a function of aqueous concentration and temperature. Simplified mathematical models of the banana drying were made, based on Fick s and Fourier s second equations, which were tested with the experimental data. We determined and/or modeled parameters such as banana moisture content, density, thin layer drying curves, equilibrium moisture content, molecular diffusivity of the water in banana DAB, external mass transfer coefficient kM, specific heat Cp, thermal conductivity k, latent heat of water evaporation in the food Lfood, time to heat food, and minimum energy and power required to heat the food and evaporate the water. When we considered the shrinkage of radius R of a banana, the calculated values of DAB and kM generally better represent the phenomenon of water diffusion in a solid. The latent heat of water evaporation in the food Lfood calculated by modeling is higher than the latent heat of pure water evaporation Lwater. The values calculated for DAB and KM that best represent the drying were obtained with the analytical model of the present paper. These values had good agreement with those assessed with a numeric model described in the literature, in which convective boundary condition and food shrinkage are considered. Using parameters such as Cp, DAB, k, kM and Lfood, one can elaborate the preliminary dryer project and calculate the economy using only solar energy rather than using solar energy along with electrical energy / Neste trabalho foi projetado, constru?do e testado um secador el?trico-solar composto por um coletor solar, uma c?mara de secagem, um exaustor e?lico e um ventilador para promover a convec??o for?ada do ar quente. Tamb?m foram realizados experimentos de secagem de banana em um secador de coluna est?tica, para modelar a secagem e obter par?metros que podem ser usados, como uma primeira aproxima??o, na modelagem de um secador el?trico-solar, dependendo da similaridade das condi??es experimentais entre os dois sistemas de secagem. Dos experimentos de secagem de banana no secador de coluna est?tica, foram obtidos dados do peso do alimento em fun??o da concentra??o aquosa e temperatura. Foram feitas modelagens matem?ticas simplificadas da secagem de bananas, baseadas na 2a equa??o de Fick e na 2a de Fourier, as quais foram testadas com dados experimentais. Foram determinados e/ou modelados par?metros como teor de umidade de banana, densidade, curvas de secagem em camada delgada, umidade de equil?brio, difusividade molecular de ?gua em banana DAB, coeficiente externo de transfer?ncia de mat?ria kM, calor espec?fico Cp, condutividade t?rmica k, calor latente de vaporiza??o de ?gua no alimento Lalim, tempo para aquecer o alimento, energia e pot?ncia m?nima para aquecer o alimento e evaporar ?gua. Quando foi considerado o encolhimento no raio R de uma banana, em geral, os valores calculados de DAB e kM representaram melhor o fen?meno de difus?o de ?gua no s?lido. O calor latente de vaporiza??o da ?gua no alimento Lalim calculado pela modelagem ? maior que o calor latente de vaporiza??o da ?gua pura L?gua. Os valores calculados de DAB e kM que melhor representam a secagem foram obtidos com o modelo anal?tico da presente tese, os quais tiveram boa concord?ncia com os valores avaliados com um modelo num?rico da literatura, no qual se considera condi??o de contorno convectiva e encolhimento do alimento. Usando par?metros como, por exemplo, Cp, DAB, k, kM e Lalim, se pode fazer o projeto preliminar de um secador e calcular a economia empregando somente energia solar, em vez de usar energia solar combinada com energia el?trica

La sûreté des installations de stockage profond des déchets radioactifs repose sur l’évaluation des propriétés de confinement de la barrière géologique et des processus qui y régissent le transport des radionucléides. La thèse est menée dans le cadre de l’expérience Deep Borehole du projet Mont Terri. Elle vise à renforcer l’évaluation de l’importance relative des phénomènes de transfert convectifs et diffusifs au sein de l’Argile à Opalines (OPA) et à apporter des éclaircissements concernant l’impact des phénomènes transitoires chimique et hydraulique sur ces transferts et la génération d’anomalies de pression. Un premier volet expérimental a permis d’acquérir les paramètres de transport advectifs, diffusifs, et les forces motrices associées, nécessaires à l’estimation des flux d’eau et de solutés entre l’OPA et les aquifères adjacents. Les données de température et de pression révèlent un gradient géothermique de 8.5°C/100 m et un excès de charge d’au moins 60 m. L’inversion du profil de chlorure par méthode Bayésienne de type Monte Carlo Markov Chain valide l’évolution paléohydrogéologique du site proposé dans la littérature en considérant un transport diffusif pur à travers la formation. La contribution des phénomènes de transport osmotique a été déterminée en interprétant le profil de pression à l’aide de simulations transitoires considérant l’évolution temporelle de la chlorinité et de la pression au cours du scénario géologique et de simulations en pseudo régime permanent. Ce profil est reproduit en évaluant le flux advectif couplé incluant l’advection de Darcy, la chemo-osmose et la thermo-osmose, avec une contribution majeure de ce dernier processus. / The safety of radioactive waste disposal facilities in deep geological formation depends on the evaluation of the rock confining properties and the processes governing radionuclides transfer. The thesis is conducted in the framework of Deep Borehole experiment of the Mont Terri project. The purpose of this research is to build confidence with regard to understanding relative importance of diffusive and convective phenomena withine the Opalinus Clay (OPA) and to identify the impact of a hydraulic and chemical transient behaviour on the transfers of fluid and solutes, and anomalous pressures generation.A first experimental stage enabled to acquire the advective and diffusive transport parameters, and the associated driving forces, necessary to the evaluation of fluid and solute fluxes between the OPA and its adjacent aquifers. Temperature and pressure measurements revealed a geothermal gradient of 8.5 °C/100 m and an excess of hydraulic head of at least 60 m.The chloride profile inversion by a Bayesian method with a Monte Carlo Markov Chain algorithm validates the paleohydrological evolution proposed in the litterature, considering a pure diffusive transport through the argillaceous formation. The contribution of osmotic transport phenomena was assessed by interpreting the pressure profile, using transient simulations that takes into account the temporal evolution of chlorinity and pressure during the geological scenario, and pseudo steady-state simulations. This profile is reproduced by evaluating the coupled advective flux, including pure advection, chemo-osmosis and thermo-osmosis, with a major contribution of the latter process.