[EN] It has been found that in industrial wastewater treatment plants, or those with a previous process of coagulation-flocculation, sludge does not settle conventionally since there is not a unique hindered settling stage. Chen et al. (1996) and Zhao (2004a, 2004b) observed during the settling tests, an initial stage with constant hindered settling velocity, an intermediate stage of accelerating settling velocity and a final stage with constant settling velocity once again. This form of activated sludge settleability has not been studied in detail. Chen et al. (1996) and Zhao (2004a, 2004b) studied the stages with constant zone settling velocity, but they did not study or model the accelerating process of the sludge, nor paid attention to the moment at which this process starts taking place. They did not explain the mechanism that triggers the process of acceleration of settling rate, or the formation of large flocs with an initial homogeneous structure. The secondary clarifiers in biological wastewater treatment plants are mostly designed from empirical criteria based on acquired experience in the design of urban treatment plants. The use of these criteria can be a problem in industrial plants where the biological sludge settleability may be affected by the type of wastewater and the physico-chemical treatment. The same happens when simulation programs are used to estimate hindered settling velocity of activated sludge from empirical formula developed at urban treatment plants. Modelling hindered settling velocity for activated sludge in such treatment plants can help to improve the methods used for the design and simulation of secondary clarifiers. The main objective of this thesis is the study and development of a general model for the hindered settling velocity and the accelerating process for the activated sludge in wastewater treatment plants. The activated sludge used for settling tests come from the industrial wastewater treatment plant of Ford Spain. Initially, the activated sludge of the plant is characterized by determining the density, size and morphology of the flocs. Settling tests are also performed to study the effect of water composition and concentration of suspended solids in the settling velocity and accelerating process. Subsequently, hindered settling velocity is modelled depending on the concentration of suspended solids in the sludge during the two stages where the settling rate is constant. The model used to do the analysis is Richardson and Zaki's. Some modifications of the model have been proposed so as to estimate the flocs characteristics (diameter, density, porosity and fractal dimension) during the stages of initial and final constant settling rates. This model is also used to describe the changes found in the flocs after the accelerating process of the sludge and to explain the apparent discontinuity, observed experimentally, in the final hindered settling velocity. It has also been developed a logistic model to describe the hindered settling velocity and the accelerating process as a function of time and concentration of suspended solids. Finally, a relation between the logistic model for the settling velocity and Richardson and Zaki's model is established, and a description for the accelerating process is proposed from fragmentation and succeeding aggregation of flocs. / [ES] Se ha comprobado que con cierta frecuencia en depuradoras de aguas residuales industriales o en depuradoras con un proceso de coagulación-floculación previo, los fangos no sedimentan de modo convencional debido a que no presentan una única etapa de sedimentación zonal. Chen et al. (1996) y Zhao (2004a, 2004b) observaron en ensayos de sedimentación con este tipo de fangos, una etapa inicial con velocidad de sedimentación zonal constante, una etapa intermedia donde se producía la aceleración de los fangos y una etapa final donde la velocidad de sedimentación zonal volvía a ser constante. Este modo de sedimentación de los fangos activados no se ha estudiado con detalle. Chen et al. (1996) y Zhao (2004a, 2004b) estudiaron las etapas con velocidad de sedimentación zonal constante, pero no estudiaron ni modelizaron el proceso de aceleración del fango, ni le prestaron atención al tiempo a partir del cual se produce este proceso. Tampoco explicaron el mecanismo que desencadena el proceso de aceleración, ni la formación de grandes flóculos partiendo de un fango con una estructura inicial homogénea. Los decantadores secundarios en los tratamientos biológicos de aguas residuales son mayoritariamente diseñados a partir de criterios empíricos basados en la experiencia adquirida en el diseño de depuradoras urbanas. El uso de estos criterios puede ser problemático en depuradoras de aguas residuales industriales donde la sedimentabilidad del fango biológico puede verse afectada por el tipo de agua residual y por el tratamiento físico-químico previo. Lo mismo ocurre cuando se utilizan programas de simulación donde se calcula la velocidad de sedimentación zonal de los fangos activados a partir de fórmulas empíricas obtenidas en depuradoras urbanas. La modelización de la velocidad de sedimentación zonal de los fangos activados en este tipo de depuradoras puede ayudar a mejorar los métodos utilizados para el diseño y simulación de decantadores secundarios. El objetivo principal de la presente tesis es estudiar y desarrollar un modelo general de la velocidad de sedimentación zonal y del proceso de aceleración de los fangos activados en depuradoras de aguas residuales. Los fangos activados utilizados en los ensayos de sedimentación proceden de la depuradora de aguas residuales industriales de Ford España. Inicialmente se caracterizan los fangos activados de la depuradora, determinando la densidad, tamaño y morfología de los flóculos. También se realizan ensayos de sedimentación para estudiar el efecto de la composición del sobrenadante y de la concentración de los sólidos suspendidos, en la velocidad de sedimentación y en el proceso de aceleración de los fangos. Posteriormente se modeliza la velocidad de sedimentación zonal en función de la concentración de los sólidos suspendidos de los fangos en las dos etapas donde la velocidad de sedimentación es constante. Se ha utilizado el modelo de Richardson y Zaki, y se han propuesto algunas modificaciones del modelo, para estimar las características de los flóculos (diámetro, densidad, porosidad y dimensión fractal) en las etapas con velocidad de sedimentación constante inicial y final. También se utiliza dicho modelo para describir los cambios producidos en los flóculos después del proceso de aceleración de los fangos y para explicar la discontinuidad aparente, observada experimentalmente, en la velocidad de sedimentación zonal final. Asimismo, se ha desarrollado un modelo logístico para describir la velocidad de sedimentación zonal y la aceleración de los fangos en función del tiempo y de la concentración de los sólidos suspendidos. Finalmente se relaciona el modelo logístico de la velocidad de sedimentación con el modelo de Richardson y Zaki, y se propone una descripción del proceso de aceleración de los fangos a partir de la fragmentación y posterior agregación de los flóculos. / [CA] S'ha comprovat que amb certa freqüència en depuradores d'aigües residuals industrials o en depuradores amb un procés de coagulació-floculació previ, els fangs no sedimenten de manera convencional pel fet de no presentar una única etapa de sedimentació zonal. Chen et al. (1996) i Zhao (2004a, 2004b) van observar en assajos de sedimentació amb aquest tipus de fangs, una etapa inicial amb velocitat de sedimentació zonal constant, una etapa intermèdia on es produïa l'acceleració dels fangs i una etapa final on la velocitat de sedimentació zonal tornava a ser constant. Esta manera de sedimentació dels fangs activats no s'ha estudiat amb detall. Chen et al. (1996) i Zhao (2004a, 2004b) van estudiar les etapes amb velocitat de sedimentació zonal constant, però no van estudiar ni modelitzar el procés d'acceleració del fang, ni li van prestar atenció al temps a partir del qual es produeix este procés. Tampoc van explicar el mecanisme que desencadena el procés d'acceleració, ni la formació de grans flòculs partint d'un fang amb una estructura inicial homogènia. Els decantadors secundaris en els tractaments biològics d'aigües residuals són majoritàriament dissenyats a partir de criteris empírics basats en l'experiència adquirida en el disseny de depuradores urbanes. L'ús d'estos criteris pot ser problemàtic en depuradores d'aigües residuals industrials on la sedimentabilidad del fang biològic es pot veure's afectada pel tipus d'aigua residual i pel tractament fisicoquímic previ. El mateix passa quan s'utilitzen programes de simulació on es calcula la velocitat de sedimentació zonal dels fangs activats a partir de fórmules empíriques obtingudes en depuradores urbanes. La modelització de la velocitat de sedimentació zonal dels fangs activats en este tipus de depuradores pot ajudar a millorar els mètodes utilitzats per al disseny i simulació de decantadors secundaris. L'objectiu principal de la present tesi és estudiar i desenvolupar un model general de la velocitat de sedimentació zonal i del procés d'acceleració dels fangs activats en depuradores d'aigües residuals. Els fangs activats utilitzats en els assajos de sedimentació procedeixen de la depuradora d'aigües residuals industrials de Ford Espanya. Inicialment es caracteritzen els fangs activats de la depuradora, determinant la densitat, grandària i morfologia dels flòculs. També es realitzen assajos de sedimentació per estudiar l'efecte de la composició del sobrenedant i de la concentració dels sòlids suspesos, en la velocitat de sedimentació i en el procés d'acceleració dels fangs. Posteriorment es modelitza la velocitat de sedimentació zonal en funció de la concentració dels sòlids suspesos dels fangs en les dos etapes on la velocitat de sedimentació és constant. S'ha utilitzat el model de Richardson i Zaki, i s'han proposat algunes modificacions del model, per estimar les característiques dels flòculs (diàmetre, densitat, porositat i dimensió fractal) en les etapes amb velocitat de sedimentació constant inicial i final. També s'utilitza este model per descriure els canvis produïts en els flòculs després del procés d'acceleració dels fangs i per explicar la discontinuïtat aparent, observada experimentalment, a la velocitat de sedimentació zonal final. Així mateix, s'ha desenvolupat un model logístic per descriure la velocitat de sedimentació zonal i l'acceleració dels fangs en funció del temps i de la concentració dels sòlids suspesos. Finalment es relaciona el model logístic de la velocitat de sedimentació amb el model de Richardson i Zaki, i es proposa una descripció del procés d'acceleració dels fangs a partir de la fragmentació i posterior agregació dels flòculs. / Asensi Dasí, EJ. (2016). Estudio y modelización de la velocidad de sedimentacion zonal y de la aceleración de los fangos activados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61994

Observations of Jupiter show a super-rotating (prograde) equatorial jet that has persisted for decades. Shallow water simulations run in the Jovian parameter regime reproduce the mixture of robust vortices and alternating zonal jets observed on Jupiter, but the equatorial jet is invariably sub-rotating (retrograde). Recent work has obtained super-rotating equatorial jets by extending the standard shallow water equations to relax the height field towards its mean value. This Newtonian cooling-like term is intended to model radiative cooling to space, but its addition breaks key conservation properties for mass and momentum. In this thesis the radiatively damped thermal shallow water equations are proposed as an alternative model for Jovian atmospheres. They extend standard shallow water theory by permitting horizontal variations of the thermodynamic properties of the fluid. The additional temperature equation allows a Newtonian cooling term to be included while conserving mass and momentum. Simulations reproduce equatorial jets in the correct directions for both Jupiter and Neptune (which sub-rotates). Quasi-geostrophic theory filters out rapidly moving inertia-gravity waves. A local quasi-geostrophic theory of the radiatively damped thermal shallow water equations is derived, and then extended to cover whole planets. Simulations of this global thermal quasi-geostrophic theory show the same transition, from sub- to super-rotating equatorial jets, seen in simulations of the original thermal shallow water model as the radiative time scale is decreased. Thus the mechanism responsible for setting the direction of the equatorial jet must exist within quasi-geostrophic theory. Such a mechanism is developed by calculating the competing effects of Newtonian cooling and Rayleigh friction upon the zonal mean zonal acceleration induced by equatorially trapped Rossby waves. These waves transport no momentum in the absence of dissipation. Dissipation by Newtonian cooling creates an eastward zonal mean zonal acceleration, consistent with the formation of super-rotating equatorial jets in simulations, while the corresponding acceleration is westward for dissipation by Rayleigh friction.

Les bâtiments résidentiels et industriels munis d'un réseau de ventilation constituent des installations complexes, susceptibles d'être le siège de transferts de masse et d'énergie variés, selon les situations de fonctionnement. Afin d'étudier ces transferts de masse, une méthodologie permettant d'établir des expérimentations à échelle réduite pour l'étude des écoulements isothermes, en régime permanent ou transitoire, a été développée. Cette méthodologie a été validée numériquement et expérimentalement sur des configurations simples, puis appliquée à deux configurations de référence, représentatives de celles rencontrées dans le domaine nucléaire.L'influence du vent sur les transferts de masse au sein de ces configurations, en situation de fonctionnement normale, dégradée (arrêt de la ventilation) ou accidentelle (surpression interne), a été étudiée dans la soufflerie climatique Jules Verne du CSTB. Les effets du vent, couplés ou non à une surpression interne, peuvent alors entraîner une perte partielle ou globale du confinement des polluants au sein des installations. De plus, la turbulence du vent peut induire des inversions instantanées des débits de fuite, qui ne sont pas identifiées en régime permanent. Par ailleurs, l'analyse de sollicitations transitoires montre la faible influence de l’inertie des branches sur les écoulements transitoires, pour des grandeurs caractéristiques d'une installation réelle. Enfin, des essais de traçage gazeux ont été réalisés afin d’étudier la dispersion d’un polluant au sein d’une configuration de référence soumise aux effets couplés du vent, de la ventilation mécanique et d'une surpression interne.La robustesse du code à zones SYLVIA, utilisé notamment pour appuyer les évaluations de sûreté des installations nucléaires, a été analysée à partir de ces résultats expérimentaux. La prise en compte des phénomènes physiques observés expérimentalement a été validée, en régimes permanent et transitoire. Toutefois, quelques limitations ont été identifiées pour l'étude de la dispersion d'un scalaire passif, du fait des hypothèses utilisées dans le code SYLVIA, comme dans tout code à zones (concentration homogène dans les locaux, propagation instantanée dans les branches et dans les locaux). / Residential and industrial buildings equipped with a ventilation system are complex facilities, where various heat and mass transfers could occur according to the operating conditions. In order to study these mass transfers, a methodology has been developed so as to carry out reduced-scale experiments for the study of isothermal flows, in steady or transient state. This methodology has been numerically and experimentally validated on simple configurations, and then applied to two standard configurations, representing nuclear facilities.The wind influence on mass transfers inside these configurations, in normal, damaged (stopping ventilation) or accidental (internal overpressure) situations, has been studied in the Jules Verne climatic wind tunnel of the CSTB. The wind effects, coupled or not with an internal overpressure, can lead to a partial or a total loss of the pollutant's containment inside buildings. Moreover, the wind turbulence can bring about instantaneous reversal leakage flowrates, which cannot be identified in steady state. In addition, the study of transient phenomena has highlighted the low influence of the branch inertia on transient flows, for typical values of real facilities. Finally, tracer tests have been carried out in order to study the pollutant dispersion inside a standard configuration subjected to wind, mechanical ventilation and internal overpressure effects.The reliability of the zonal code SYLVIA, used notably to support safety assessment in nuclear buildings, has been analyzed from these experimental results. The modelling of the physical phenomena experimentally observed has been validated, in steady and transient states. However, limitations have been identified for the study of pollutant dispersion, due to hypothesis used in SYLVIA code, as in all zonal codes (homogenous concentration inside rooms, instantaneous propagation inside branches and rooms).

L'étude des régulateurs utilise à ce jour des modèles de zone à un seul nœud d'air. Un nouveau modèle de zone, distinguant les différentes positions possibles du capteur est développé dans cette thèse. A partir d'une étude expérimentale en chambre climatique et de simulations sur code CFD, on établit la liste des phénomènes thermiques et aérauliques, à prendre en compte lors du développement du modèle pour différents systèmes de chauffage et de climatisation. L'approche zonale, divisant l'air d'une pièce en plusieurs sous-volumes, est choisie car elle est bien adaptée pour tenir compte des phénomènes convectifs caractérisant les différents systèmes de chauffage et de climatisation. Le modèle de zone est divisé en deux parties: un modèle zonal représentant l'ambiance occupée et un modèle supplémentaire relatif aux emplacements du capteur. Ainsi on peut évaluer les conditions de confort dans la zone d'occupation et l'impact des différentes positions du capteur. Le modèle est validé pour une cellule test équipée de différents systèmes de chauffage et de climatisation. Une analyse de sensibilité est ensuite menée afin de tester la sensibilité aux paramètres principaux du modèle. La qualité de la régulation et la consommation d'énergie sont ensuite comparées pour différentes positions du capteur dans une pièce équipée de différents émetteurs et systèmes de climatisation. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par un modèle à un nœud d'air. La principale conclusion de cette thèse est que l'influence de la position du capteur est fortement fonction du système de chauffage et de climatisation et du type de régulateur. Les différences, en général négligeables en terme de confort de l'occupant, peuvent devenir importantes au niveau de la consommation d'énergie. De ce fait, on peut définir pour quels systèmes de climatisation le modèle à un nœud d'air doit être remplacé par le modèle développé.

Une grande quantité d'énergie est présente dans les mouvements de rotations propre et orbitale des planètes. Des forçages harmoniques tels que les déformations de marées, la précession ou la libration peuvent en convertir une partie pour générer des écoulements dans les couches fluides d'une planète. Ces écoulements restent largement méconnus même s'ils sont importants pour contraindre des modèles d'intérieur planétaire ou expliquer la présence de champs magnétiques dans certains astres. Dans cette thèse, nous étudions les mécanismes engendrés par ces forçages en combinant une approche théorique, expérimentale et numérique et soulignons la généricité des phénomènes observés. L'étude d'un forçage de libration longitudinale, i.e. des oscillations de la vitesse de rotation d'un astre, montre la présence d'un écoulement zonal généré par des interactions nonlinéaires dans les couches visqueuses. Nous étudions ensuite l'instabilité qui apparaît à la paroi pour des amplitudes de libration suffisantes et qui peut transférer de l'énergie vers le volume du fluide. Finalement, une étude expérimentale de forçage de marées dans une sphère met en évidence que l'excitation directe d'ondes inertielles induit un écoulement zonal intense et localisé. Cet écoulement peut se déstabiliser par une instabilité de cisaillement et générer un écoulement turbulent dans tout le volume. Pour finir, nous considérons la pertinence de ces résultats pour des applications géo- /astrophysiques, telles que l'étude des océans internes sous la surface de glace des satellites joviens Ganymède, Encelade et Europe.

The Madden-Julian Oscillation (MJO), a tropical phenomenon that exists on the time scale of 30-90 days, commonly initiates over the Indian Ocean and slowly propagates into the western Pacific as a series of convective events, which have time scales on the order of hours or days. These events and the overall MJO convective envelope may interact with convectively coupled waves such as Kelvin waves that propagate more rapidly eastward with time scales of 3-5 days. Radar and sounding data collected during the DYNAMO/AMIE/CINDY2011 field campaign from October 2011 to February 2012 in the central Indian Ocean are used to study the interaction between Kelvin waves and the MJO in terms of atmospheric and cloud properties. The focus is on characterizing the precipitation characteristics, convective cloud spectrum, and atmospheric profiles of Kelvin waves during the active and suppressed phases of the MJO to gain insight on MJO initiation. Characteristics of waves identified using different satellite thresholds and filtering methods are compared. Composites of the radar and sounding observations are calculated for a total of ten Kelvin waves and three MJO events that occurred during the field campaign. Analyzed radar products include convective-stratiform classification of rain rate, rain area, and echo-top heights, as well as cloud boundaries. Sounding data includes profiles of wind speed and direction and relative humidity. Kelvin waves that occur during the suppressed MJO are convectively weaker than Kelvin waves during the active MJO, but display previously documented structure of low-level convergence and a moist atmosphere prior to the wave passage. During the active MJO, Kelvin waves have stronger convective and stratiform rain, and the entire event is longer, suggesting a slower moving wave. The Kelvin wave vertical structure is somewhat overwhelmed by the convective envelope associated with the MJO. When the MJO is developing, the Kelvin wave displays a moisture-rich environment after the passage, providing deep tropospheric moisture that is postulated to be important for the onset of the MJO. The convective cloud population prior to MJO initiation shows increased moisture and a population of low- to mid-level clouds. The moisture precedes shallow convection, which develops into the deep convection of the MJO, supporting the discharge-recharge theory of MJO initiation. Additionally, enhanced moisture after the passage of the pre-MJO Kelvin wave could also support the frictional Kelvin-Rossby wave-CISK theory of MJO initiation. With a better understanding of the interaction between the initiation of the MJO and Kelvin waves, the relationships between the environment and the onset of the convection of the MJO can be improved.

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Les bâtiments résidentiels et industriels munis d’un réseau de ventilation constituent des installations complexes, susceptibles d’être le siège de transferts de masse et d’énergie, selon les situations de fonctionnement. Afin d’étudier ces transferts de masse, une méthodologie permettant d’établir des expérimentations à échelle réduite pour l’étude des écoulements anisothermes a été développée. Cette méthodologie a été validée numériquement, puis appliquée à une configuration de référence, représentative du principe de fonctionnement des réseaux de ventilation qui sont rencontrés dans le domaine nucléaire. Les influences du vent et des phénomènes thermiques sur les transferts de masse au sein de cette configuration ont été étudiées dans la soufflerie climatique Jules Verne du CSTB pour différentes situations de fonctionnement du réseau de ventilation (ventilation en fonctionnement normal, arrêt de la ventilation ou régime de sauvegarde) et des scénarios de dégagement de chaleur. Ces sources thermiques peuvent être issues d’un processus industriel ou d’un incendie. Elles ont été reproduites expérimentalement par une injection d’hélium. Les effets des sources thermiques couplées ou non au vent sur les pertes ponctuelles ou totales du confinement des locaux ont été mis en évidence et analysés. La robustesse du code à zones SYLVIA, utilisé notamment pour appuyer les évaluations de sûreté des installations nucléaires, a été analysée à partir des résultats expérimentaux. La prise en compte des phénomènes physiques observés expérimentalement a été validée. Les inversions des débits de fuite causées par les phénomènes thermiques ont été reproduites avec le code SYLVIA. Une comparaison entre les calculs où la source de chaleur a été simulée avec une injection d’hélium et avec une puissance thermique a permis d’observer l’impact de l’injection de masse causé par l’hélium sur les pressions, les débits et les températures. / Residential and industrial buildings equipped with a ventilation system are complex facilities, where heat and mass transfers could occur according to the operating conditions. In order to study these mass transfers, a methodology has been developed to reduced-scale experimentations for non isothermal flows study. This methodology has been numerically validated, and then applied to a standard configuration, representing of the ventilation systems operating principle which are encounter in the nuclear field. The wind and the thermal phenomena influences on the mass transfers inside this configuration have been studied in the Jules Verne climatic wind tunnel of the CSTB for various operating ventilation system situations (normal operating ventilation system, stopping ventilation or protection rate of productivity) and scenarios of heat supply. These thermal sources can be generated by an industrial process or a fire. They have been reproduced experimentally with an helium injection. The effects of the heat sources coupled or not with wind on loss of building containment were highlighted and analyzed. The reliability of the zonal code SYLVIA, used notably to support safety assessment in nuclear buildings, has been analyzed from these experimental results. The modelling of the physical phenomena experimentally observed has been validated. The leakage flowrates reversals have been retrieved with the SYLVIA code. A comparison between the calculations where the heat source has been simulated with an helium injection and with a thermal power permitted to observe the mass injection effect has been caused by the helium on the pressures, the flowrates and the temperatures.

Climate change and economic opportunities motivate investigating electric distributed power for working hydraulics in non-road mobile machinery (NRMM) instead of conventional hydraulics. This recent method allows significant energy savings in hydraulic systems, which was demonstrated previously by many independent studies. In this study, zonal hydraulics (as electrically distributed) are realized with direct driven hydraulics drive (DDH) units. Unlike conventional hydraulic drives the DDH units are disconnected from the engine (main prime mover) and distributed throughout the system. In a DDH unit, a single fixed displacement pump/motor with a speed-controlled electric servomotor directly controls the flow. The aim of this paper is to determine functionality of this new two-cylinder DDH-system in a lifting work cycle (or a swerve motion of the work machine). For this purpose, a model was created to investigate performance of the new test rig Dolores. The results of the simulation model will be utilized in future research to discover and compare other alternatives for working hydraulics architectures.

The subject of this diploma thesis was the construction and calibration of a forecast model for water flow in the specific profile on the river Dyje in the village Podhradí nad Dyjí. The description of the theoretical part describes various prediction models and description of the prediction model using the technique of random walking and a description of neural networks. The practical part was then devoted to the description of the locality of interest, the creation of a prediction model and the use of neural networks as post processing to improve the results.