A preliminary investigation of the added properties called added mass, added damping and added stiffness have been performed for a Kaplan turbine. The magnitude of dimensionless numbers have been used in order to classify the interaction of the fluid and the solid. The classification is done to bring clarity in which of the added properties are of importance for the system. The diameter of the runner and the hub have been calculated using the power output and the head for a Kaplan turbine. These dimensions have been used to determine the magnitude of the dimensionless numbers along with the velocity of the fluid. It turned out that all added properties affect the turbine, however, the magnitude of them are quite different. The magnitude of the added mass and the added damping are greater than the added stiffness, which often is neglected. The added mass can be determined if the natural frequencies of the structure in air and in water are known. The difference in natural frequencies can be used to determine the added mass factor and thereby the added mass of the system. The added damping can be determined by the change in damping ratio for different surrounding fluids. This was done using the simulation software ANSYS Workbench v.17.1, where two different types of simulation were used, ”acoustic coupled simulation” and ”two way coupled simulation”. The complexity of the geometry of the Kaplan turbine was simplified to a disc and a shaft. The result for the added mass was validated using results from an experiment [1]. The added damping could be determined, but not validated. The different types of simulation have been compared and it turned out that the added mass could be determined using ”acoustic coupled simulation” and ”two way coupled simulation”, but the added damping could only be determined using the ”two way coupled simulation”. / En preliminär undersökning av de adderade egenskaperna kallade, adderad massa, adderad dämpning och adderad styvhet har utförts för en Kaplan turbin. Magnituden av dimensionslösa tal har använts för att klassificera interaktionen av fluiden och soliden. Klassificeringen görs för att bringa klarhet i vilka av de adderade egenskaperna är av betydelse för systemet. Diametrarna för löphjulet och navet har beräknats utifrån effekt och fallhöjd för en Kaplan turbin. Dessa längder har använts för att bestämma magnituden av de dimensionslösa talen tillsammans med fluidens hastighet. Det visade sig att alla adderade egenskaper påverkar turbinen, men omfattningen av dem är helt annorlunda. Magnituden av den adderade massan och den adderade dämpningen är större än den adderade styvheten, som ofta försummas. Den adderade massan kan bestämmas om de naturliga frekvenserna av strukturen i luft och vatten är kända. Skillnaden i egenfrekvenser kan användas för att bestämma faktorn av den adderade massan och därigenom den adderade massan. Den adderade dämpningen kan bestämmas genom ändringen i dämpningsförhållande för olika omgivande fluider. Detta gjordes med hjälp av simuleringsprogrammet ANSYS Workbench v.17.1, där två olika typer av simulering användes, ”acoustic coupled simulation” och ”two way coupled simulation”. Komplexiteten i geometrin för en Kaplan turbin förenklades till en skiva och en axel. Resultatet för den adderade massan validerades med resultat från ett experiment [1]. Den adderade dämpningen kunde bestämmas, men inte valideras. De olika typerna av simulering har jämförts och det visade sig att den adderade massan kan bestämmas med hjälp av både ”acoustic coupled simulation” och ”two way coupled simulation”, men den adderade dämpningen kunde endast bestämmas med hjälp av ”two way coupled simulation”.

A fully coupled system in which a vehicle s aerodynamic and handling responses can be simulated has been designed and evaluated using a severe crosswind test. Simulations of this type provide vehicle manufacturers with a useful alternative to on road tests, which are usually performed at a late stage in the development process with a proto- type vehicle. The proposed simulations could be performed much earlier and help to identify and resolve any aerodynamic sensitivities and safety concerns before significant resources are place in the design. It was shown that for the simulation of an artificial, on-track crosswind event, the use of the fully coupled system was unnecessary. A simplified, one-way coupled system, in which there is no feedback from the vehicle s dynamics to the aerodynamic simulation was sufficient in order to capture the vehicle s path deviation. The realistic properties of the vehicle and accurately calibrated driver model prevented any large attitude changes whilst immersed in the gust, from which variations to the aerodynamics could arise. It was suggested that this system may be more suited to other vehicle geometries more sensitive to yaw motions or applications where a high positional accuracy of the vehicle is required.

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La conception des moteurs aéronautiques est soumise à de nombreuses contraintes telles que les gains de performance ou les normes environnementales de plus en plus exigeantes. Face à ces objectifs souvent contradictoires, les nouvelles technologies de moteur tendent vers une augmentation de la température locale et globale dans les étages chauds. En conséquence, les parties solides comme les parois du brûleur sont soumises à des niveaux de température élevés ainsi que d’importants gradients de température, tous deux critiques pour la durée de vie du moteur. Il est donc essentiel pour les concepteurs de caractériser précisément la thermique locale de ces systèmes. Aujourd’hui, la température de paroi est évaluée par des essais de coloration. Pour limiter ces essais relativement chers et complexes, des outils numériques haute fidélité capables de prédire la température de paroi des chambres de combustion sont actuellement développés. Cet exercice nécessite de considérer tous les modes de transfert de chaleur (convection, conduction et rayonnement) ainsi que la combustion au sein du brûleur. Ce problème multi-physique peut être résolu numériquement à l’aide de différentes approches numériques. La méthode utilisée dans ce travail repose sur une approche partitionnée qui inclut la résolution de l’écoulement turbulent réactif par un code de simulation aux grandes échelles (LES), un solveur radiatif basé sur la méthode aux ordonnées discrètes ainsi qu’ un code de conduction solide.Les diverses questions et difficultés liées à la répartition des ressources informatiques ainsi qu’à la méthodologie de couplage employée pour traiter les disparités d’échelles de temps et d’ espace présentes dans chacun des modes de transfert de chaleur sont discutées. La performance informatique des applications couplées est étudiée à travers un modèle très simplifié ainsi que sur une application industrielle. Les paramètres importants sont identifiés et des pistes potentielles d’amélioration sont proposées. La méthodologie de couplage thermique est ensuite étudiée du point de vue physique sur deux configurations distinctes. Pour commencer, l’équilibre thermique entre un fluide réactif et un solide est étudié pour une configuration académique d’accroche flamme. L’influence de la température de paroi de l’accroche flamme sur la stabilisation de flamme est mise en évidence sur des simulations fluideseul. Ces résultats indiquent trois états d’équilibre théorique différents. La pertinence physique de ces trois états est ensuite évaluée à l’aide de diverses simulations de transfert de chaleur conjugué réalisées pour différentes solutions initiales et conductivités solides. Les résultats indiquent que seulement deux états d’équilibre ont un sens physique et que la bifurcation entre les deux états possibles dépend à la fois de la condition initiale et de la conductivité solide. De plus, pour la gamme de paramètres testés, la méthodologie de couplage n’a pas d’effet sur les solutions obtenues. Une méthodologie similaire est ensuite appliquée à une chambre de combustion d’hélicoptère pour laquelle le rayonnement est de plus pris en compte. Diverses simulations sont présentées afin d’évaluer l’impact de chacun des processus de transfert de chaleur sur le champ de température : une simulation fluide-seul adiabatique de référence, de transfert de chaleur conjugué, d’interaction thermique fluide-rayonnement ainsi qu’une simulation incluant toutes les physiques. Ces calculs montrent la faisabilité d’un couplage LES/conduction solide dans un contexte industriel et fournissent de bonnes tendances de distribution de température. Pour finir, pour cette géométrie de brûleur et la condition d’opération simulée, les divers résultats montrent que le rayonnement joue un rôle important dans la distribution des températures de paroi. De ce fait, les comparaisons aux essais de coloration sont globalement en meilleur accord quand les trois modes de transfert sont pris en compte / The design of aeronautical engines is subject to many constraints that cover performance gain as well as increasingly sensitive environmental issues. These often contradicting objectives are currently being answered through an increase in the local and global temperature in the hot stages of the engine. As a result, the solid parts encounter very high temperature levels and gradients that are critical for the engine lifespan. Combustion chamber walls in particular are subject to large thermal constraints. It is thus essential for designers to characterize accurately the local thermal state of such devices. Today, wall temperature evaluation is obtained experimentally by complex thermocolor tests. To limit such expensive experiments, efforts are currently performed to provide high fidelity numerical tools able to predict the combustion chamber wall temperature. This specific thermal field however requires the consideration of all the modes of heat transfer (convection, conduction and radiation) and the heat production (through the chemical reaction) within the burner. The resolution of such a multi-physic problem can be done numerically through the use of several dedicated numerical and algorithmic approaches. In this manuscript, the methodology relies on a partitioned coupling approach, based on a Large Eddy Simulation (LES) solver to resolve the flow motion and the chemical reactions, a Discrete Ordinate Method (DOM) radiation solver and an unsteady solid conduction code. The various issues related to computer resources distribution as well as the coupling methodology employed to deal with disparity of time and space scales present in each mode of heat transfer are addressed in this manuscript. Coupled application high performance studies, carried out both on a toy model and an industrial burner configuration evidence parameters of importance as well as potential path of improvements. The thermal coupling approach is then considered from a physical point of view on two distinct configurations. First, one addresses the impact of the methodology and the thermal equilibrium state between a reacting fluid and a solid for a simple flame holder academic case. The effect of the flame holder wall temperature on the flame stabilization pattern is addressed through fluid-only predictions. These simulations highlight interestingly three different theoretical equilibrium states. The physical relevance of these three states is then assessed through the computation of several CHT simulations for different initial solutions and solid conductivities. It is shown that only two equilibrium states are physical and that bifurcation between the two possible physical states depends both on solid conductivity and initial condition.Furthermore, the coupling methodology is shown to have no impact on the solutions within the range of parameters tested. A similar methodology is then applied to a helicopter combustor for which radiative heat transfer is additionally considered. Different computations are presented to assess the role of each heat transfer process on the temperature field: a reference adiabatic fluid-only simulation, Conjugate Heat Transfer, RadiationFluid Thermal Interaction and fully coupled simulations are performed. It is shown that coupling LES with conduction in walls is feasible in an industrial context with acceptable CPU costs and gives good trends of temperature repartition. Then, for the combustor geometry and operating point studied, computations illustrate that radiation plays an important role in the wall temperature distribution. Comparisons with thermocolor tests are globally in a better agreement when the three solvers are coupled.

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Höhere Drehzahlen, neue Anwendungen in elektrischen Fahrzeugen und der damit verbundene Leichtbau führen zu stärkeren Schwingungsphänomenen in elektrischen Drehfeldmaschinen. Besondere Bedeutung kommt dabei lateralen Rotorschwingungen zu, die sich akustisch bemerkbar machen und im Extremfall sogar zum Versagen des gesamten Systems führen können. In diesem Beitrag wird ein neuartiges Modell vorgestellt, welches rotordynamische Phänomene beliebiger Drehfeldmaschinen in transienten Fahrzuständen unter Berücksichtigung der vollen elektromagnetischen Kopplung abbilden kann. Im vorliegenden Beitrag wird eine FEM-Validierung des vorgeschlagenen Modells präsentiert. Danach wird ein Szenario vorgestellt, bei dem magnetisch angefachte Lateralschwingungen aufklingen. / Higher Speeds, new applications in electric vehicles and the need for lightweight structures lead to increasing occurrence of vibration phenomena in rotating field electrical machines. Lateral rotor oscillations take a particular role in this context, as they produce noise and may cause the entire system to fail in an extreme case. In this contribution, a novel modelling approach is presented, which allows for the fully coupled simulation of transient rotordynamics in all kinds of rotating field machines. This paper includes a FEM-validation of the proposed model. After that a scenario where self-excited lateral oscillations occur is presented.

This research studies the performance of a salinity gradient solar pond driving an absorption cooling system, as an alternative to a conventional electrically powered cooling system, to provide cool air for a modern single family house in the hot dry climate of Baghdad, Iraq. The system comprises a salinity gradient solar pond, a hot-water-fired absorption water chiller, a chilled-water cooling coil which cools the air in the house, and a cooling tower which rejects heat to the ambient air. Hot brine from the pond circulates through a heat exchanger, where it heats water that is then pumped to the chiller. This arrangement protects the chiller from the corrosive brine. The system is controlled on-off by a room thermostat in the house. The system performance is modelled by dynamic thermal simulation using TMY2 hourly typical weather data. TRNSYS software is used for the main simulation, coupled to a MATLAB model of heat and mass transfer in the pond and the ground beneath it. The model of the pond and the ground is one-dimensional (only vertical transfers are considered). Radiation, convection, conduction, evaporation and diffusion are considered; the ground water at some depth below the pond is treated as being at a fixed temperature. All input data and parameter values in the simulation are based on published, standard or manufacturer's data. Temperature profiles in the pond were calculated and found to be in good agreement with published experimental results. It was found that a pond area of approximately 400 m2 was required to provide satisfactory cooling for a non-insulated house of approximately 125 m2 floor area. It was found that varying the pond area, ground conditions and pond layer thicknesses affected the system performance. The optimum site is one that has soil with low thermal conductivity, low moisture content and a deep water table. It is concluded that Iraq's climate has a potential for solar-pond-powered thermal cooling systems. It is feasible to use a solar-pond-powered cooling system to meet the space cooling load for a single family house in the summer season. Improving the thermal performance of the house by insulation could reduce the required solar pond area.

Pendant les deux dernières décennies, les technologies de réseaux ad-hoc de véhicules (VANETs : Vehicular Ad-Hoc Networks) ont été développées sous l’impulsion du monde de la recherche comme de l’industrie, étant donnés les liens des VANETs avec la sécurité routière, l’internet des objets (IoT/WoT : Internet of Things/Web of Things) pour les systèmes de transport intelligents (ITS : Intelligent Transportation Systems), les villes intelligentes et les villes vertes. Composant essentiel des VANETs, les protocoles de communication inter-véhicules (IVC : Inter-Vehicle Communication) font face à des défis techniques, en particulier à cause de la diversité des applications dans lesquelles ils sont impliqués. Dans cette thèse, après une présentation des VANETs et de l’état de l’art des IVC, nous proposons un protocole de dissémination de données, TrAD, conçu pour diffuser de manière efficiente des messages d’une source vers les véhicules présents dans la zone d’intérêt (ROI : Range of Interest). TrAD se base sur les états du trafic routier et du trafic réseau pour adapter localement la stratégie et les paramètres de transmission des données afin d’optimiser les performances des applications qui l’utilisent. De plus, un algorithme de classification des clusters locaux de véhicules est conçu pour permettre l’usage de TrAD sur autoroute aussi bien qu’en ville. Pour éviter l’encombrement des canaux de communication, un mécanisme illustratif de contrôle de la congestion reposant sur une approche distribuée est utilisé. Trois protocoles IVC de l’état de l’art ont été comparés à TrAD dans des scénarios réalistes de simulation, basés sur différentes villes réelles, différents trajets et densités véhiculaires. Les performances de TrAD surpassent celles des protocoles de référence en termes de taux de délivrance des paquets (PDR : Packet Delivery Ratio), nombre de transmissions et latence. De plus, nous montrons que TrAD est tolérant, dans une certaine mesure, aux erreurs sur les données GPS. Pour s’assurer de la qualité des simulations, nous avons étudié le modèle de déplacement employé dans le simulateur de trafic, puis couplé ce dernier au simulateur de réseau, afin que les deux s’échangent des informations en temps-réel. Grâce à la compréhension acquise lors de l’analyse du modèle de déplacement, nous avons pu développer un simulateur de conduite de tramway pour la T2C (Transports en Commun de l’agglomération Clermontoise). Des tests menés sur le matériel roulant nous ont permis d’élaborer des modèles de déplacement fidèles correspondants aux diverses situations rencontrées par le tramway. L’affichage de la simulation est assuré par un flux vidéo ajusté plutôt que des images de synthèse, ce qui permet de limiter le coût de développement tout en garantissant un certain réalisme dans l’affichage. Ce projet est soutenu par la T2C pour une durée de deux ans. / In the last two decades, Vehicular Ad hoc Network (VANETs) were developed significantly by both academic institute and industries association, since VANETs originate from traffic safety and are also an important application of Internet of Things / Web of Things (IoT/WoT) for Intelligent Transportation System (ITS), Intelligent Vehicles and Smart Cities. As an essential component of VANETs, Inter-Vehicle Communication (IVC) protocols face many critical challenges, in particular, because they relate to various specific applications. In this thesis, after elaborating on related knowledge of VANETs and state-of-the-art of IVC protocols, we propose a data dissemination protocol for vehicular networking, named TrAD, to disseminate efficiently warning messages from a source to vehicles in a range of interest (ROI). TrAD considers the status of road traffic and network traffic to adapt locally the strategy and the parameters of transmissions in order to optimize the global performance of IVC application. Moreover, a local vehicular cluster classification algorithm is designed to support TrAD to be performed in both highway and urban scenarios. In addition, an illustrative congestion control mechanism is used to avoid channel congestion using a distributed approach. Three state-of-the-art IVC protocols have been compared with TrAD by means of realistic simulations. The performance of all those protocols is evaluated quantitatively in various scenarios by taking into account different real road maps, trafic routes and vehicular densities. Compared with the reference protocols, TrAD gains an outstanding overall performance in terms of packet delivery ratio, number of transmissions and delay. Furthermore, TrAD also can tolerate a reasonable degree of GPS drift while achieving efficient data dissemination. In order to ensure the quality of simulations, we deeply investigated the mobility model of road traffic simulator, and then performed the bidirectionally coupled simulation in which the network simulator and the road trafic simulator can exchange information in real-time. Upon understanding of the mobility model, we obtained a chance to develop a low-cost tram simulator for the local public transportation provider, the T2C (Transports en Commun de l’agglomération Clermontoise). We attempt to design accurate mobility models from different scenarios for the specific type of tram used by T2C. Real world trials are carried out to explore the key parameters required by theoretical deduction for our mobility model. Moreover, the display GUI relies on a video stream, rather than 3D graphics, which can reduce the cost while guaranteeing the quality of service. This project was supported for two years by T2C.