Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T11:34:58Z No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-07T15:03:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T15:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Problemas de mudança de fase líquido-sólido e/ou sólido-líquido são amplamente encontrados em diversas aplicações da indústria tais como na moldagem de diferentes tipos de peças, na aplicação de sprays térmicos para tratamento de superfícies e na fundição de materiais energéticos tais como o trinitrotolueno (TNT). Neste último caso, contrações de material, trincas e formação de vazios são frequentemente observados, devendo estes comportamentos serem previstos e evitados. Sendo assim, a simulação numérica de tais processos com algoritmos capazes de acompanhar a evolução da superfície livre, e a distribuição da temperatura no corpo durante o processo de fundição é importante. Pretende-se estudar diferentes estratégias na modelagem e solução de problemas desta natureza através das equações de transporte de massa, transferência de calor e de mudança de fase por meio do método dos volumes finitos. Na metodologia usada, os processos de solidificação e fusão são tratados por meio da aproximação do método da entalpia-porosidade baseado em malhas fixas. / Phase change problems as liquid-solid and/or solid-liquid are widely found in several industrial applications such as in molding of different parts, the application of thermal spray treatment and the casting of energy materials such as trinitrotoluene (TNT). For the latter case, material contractions, cracks and empities formation are often observed and these behaviors should be anticipated and avoided. Thus, the numerical simulation of such processes with algorithms capable to follow free surface evolution and body temperature distribution during casting process is important. In this work we study strategies in modeling and solving problems of this nature through the mass transport equations, heat transfer and phase change using the finite volume method. In the methodology used, the melting and solidification process are treated by means of the enthalpy-porosity approximation method based on fixed grids.

L'évaporation d'une goutte reposant sur un support plat semble être un système relativement simple à étudier et a fait l'objet d'études scientifiques depuis plus d'un siècle. Cependant, l'étude de l'évaporation de gouttes sessiles est toujours d'actualité aujourd'hui avec l'essor de nouvelles techniques de visualisation ou de l'apparition de nouveaux types de fluides complexes.Cette étude expérimentale sera focalisée sur deux aspects distincts :- L'étude sur l'évaporation de fluides purs permettra d'étudier la dynamique d'évaporation et les ondes hydrothermales qui apparaissent dans les gouttes de fluides volatils lors du changement de phase. L'influence du type de fluide (différents alcools et alcanes) et du niveau de gravité (terrestre, lunaire et martienne) seront étudiés. De plus, l'utilisation de différents niveaux de gravité permet de développer un modèle empirique afin de prendre en compte dans le modèle quasi-stationnaire limité par diffusion de la vapeur la convection naturelle qui augmente fortement le débit d'évaporation.- Si les fluides complexes présentent une dynamique de séchage similaire à celle des fluides purs, d'autres mécanismes entrent en jeux, comme la gélification, l'organisation des particules et l'apparition de craquelures (voir Figure 2). Le mouillage et les différents groupes fonctionnels graphés sur les particules seront étudiés en regard du motif final de craquelures. / Sessile droplets are widely found in day to day life: it might be a coffee spilt, rain onto a waterproof raincoat or again, water falling onto a cooking plate. However, despite the vast number of studies devoted to droplets for almost half a century, the fundamental phenomenon of the evaporation of sessile droplets is still a field that attracts a high level of interest due to its wide applicability and the development of new visualisation techniques or new types of complex fluids. This experimental study is focused two distinct aspects:- The evaporation of pure fluids has allow to study hydrothermal waves that appear in the droplets of volatile fluids during phase change. The influence of the type of fluid ---different alcohols and alkanes--- and the gravity levels ---Terrestrial, Lunar and Martian--- is investigated to have a better understanding of the flow motion inside droplet. Moreover, the use of different gravity levels allows to experimentally evidence the contribution of the atmospheric convective transport to sessile droplet evaporation. This investigation has allowed to develop an empirical model to take account of natural convection which greatly increases the evaporation rate in the quasi-steady diffusion-controlled evaporation model.- If complex fluids exhibit an evaporation dynamic similar to pure fluid, other mechanisms come into play, such as gelation, particles organisation and cracks formation. Wetting and different functional groups on the particles graphs will be studied in relation to the final pattern of cracks.

Ce travail concerne une étude numérique des performances thermiques d’un séchoir- serre équipé d’une unité de stockage de chaleur solaire dans des matériaux à changement de phase (MCPs). L'unité de stockage de chaleur solaire, placée sous le sol de la serre, est composée d’une couche de MCPs (paraffine) disposée entre une plaque en acier et une couche de béton. L'écoulement de l'air asséchant se déroule par convection forcée et le produit disposé sur les claies du séchoir est la banane (Bananas Musa ABB CV. Kluai "Namwa"). Les équations de transfert de chaleur dans la serre, basées sur la méthode nodale, sont déduites d'un bilan thermique établi pour les différents composants du séchoir-serre. Les transferts de chaleur dans les couches de MCPs et de béton sont décrits respectivement par le modèle enthalpique et l'équation de la conduction. Le modèle de cinétique de séchage de la banane est celui d’Oswin modifié. Les équations de transferts sont résolues par une méthode implicite aux différences finies et les algorithmes de Gauss et de Thomas. Nous analysons l'influence du débit d'air asséchant et de l’irradiation solaire sur les distributions spatio-temporelles des températures des composants de la serre et de l'unité de stockage, la durée de séchage, les efficacités thermiques du séchoir-serre et de l'unité de stockage d'énergie. Cette modélisation est complétée par des simulations du fonctionnement du séchoir serre-unité de stockage de chaleur en utilisant la notion de journée type et les données météorologiques de Nakorn Pathom (Thaïlande) et par une analyse de faisabilité technico-économique. Les résultats montrent notamment que l’unité de stockage de chaleur contribue à la réduction de la durée de séchage et augmente les performances thermiques du séchoir et l’unité de stockage. / This work is about a numerical study of the thermal behavior of a solar greenhouse dryer and a heat storage unit in phase change materials (PCMs). The heat storage unit containing of PCMs (paraffin) is disposed between a metal plate and a concrete layer and placed under the floor of the greenhouse. The air drying flows along the greenhouse by forced convection and the products placed on the dryer's rack is bananas (Bananas Musa ABB CV Kluai "Namwa"). The heat transfer equations in the greenhouse are based on the nodal method and deduced from a thermal balance on the different components of the solar greenhouse dryer. The heat transfers in the PCMs and the concrete slab are described by the enthalpy method and the conduction equation, respectively. The banana drying kinetic is described by the model modified of Oswin. Transfer equations are solved using an implicit finite difference method associated to Gauss and Thomas algorithms. We analyze the effects of the air drying volumetric flow rate and the solar irradiance on the temperature distribution of the greenhouse dryer and the heat storage unit, the drying time, the solar greenhouse dryer and heat storage unit efficiencies. This modeling is complemented by simulations of the solar greenhouse dryer with the heat storage unit using the day type and the meteorological data of Nakorn Pathom (Thailand) and by an economic analysis. The results show that the heat storage unit provides the reduction of the drying time and increases the thermal performances of the solar greenhouse dryer and the heat storage unit.

Les systèmes de rafraîchissement d'air basés sur des échangeur-stockeurs composés de Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont une alternative possible aux systèmes de climatisation pour le confort d'été dans les bâtiments. Toutefois, les performances de tels systèmes de rafraîchissement sont étroitement liées aux conditions climatiques et aux configurations des bâtiments à rafraîchir. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un outil d'aide à la conception permettant un pré-dimensionnement optimal de systèmes de rafraîchissement d'air utilisant des MCP dès le stade de la conception préliminaire. Un modèle thermique dynamique simulant le comportement d'un échangeur-stockeur air/MCP est donc développé puis couplé à une plateforme logicielle de simulation thermique dynamique du bâtiment. Les modèles d'échangeur-stockeurs et de co-simulation sont validés à l'aide d'expériences menées sur deux prototypes d'échangeur-stockeur et la plateforme expérimentale de maison à énergie positive NAPEVOMO. Enfin un premier outil d'aide à la conception utilisant un algorithme d'optimisation est développé pour définir une configuration optimale de système maintenant le confort estival dans la maison NAPEVOMO. / Air-cooling systems using latent heat thermal energy storage (LHTES) are potential alternatives to air-conditioners for summer climate control in buildings. However, the performances of such systems are tightly linked to weather conditions and the configuration of the building to be cooled. The aim of this doctoral work is to develop a design support tool allowing optimally dimensioning an air-cooling system using phase change material at the preliminary design stage. A dynamic thermal model, simulating the behaviour an LHTES device exchanging with air, is developed and coupled with a building performance program. The LHTES and the co-simulation models are validated by comparison with experiments carried out on two prototypes of LHTES device and the experimental platform of zero energy building NAPEVOMO. Finally, a first design support tool using genetic algorithm is developed to define the optimal configuration of an air-cooling system for the summer comfort in « NAPEVOMO » house.

Pour être utilisé en réfrigération secondaire comme matériau à changement de phase dans un fluide frigoporteur, un hydrate doit posséder une enthalpie de dissociation élevée, à une température adaptée à l’application (positive pour de la climatisation) et à une pression acceptable pour une installation industrielle. De plus, le mélange diphasique doit présenter de bonnes conditions d’écoulement et d’échanges thermiques. Un dispositif dynamique constitué d'un réacteur agité et d'une boucle de circulation, placé dans une chambre climatique, a été développé pour l’étude de coulis d’hydrates de dioxyde de carbone. Pour ce dispositif, un protocole a été mis en œuvre pour le refroidissement d’une solution chargée en CO2, générant des coulis d'hydrate à taux d’hydrate allant jusqu'à 25°% véhiculant une chaleur latente importante (374 kJ.kg-1). Une étude cinétique sur la formation des hydrates de CO2 dans le réacteur agité à été réalisé et montre que la cinétique de formation de ces hydrates est de 2 %.h-1 dans le réacteur pour une pression, une température, et une vitesse d'agitation de départ de 3 MPa, 12 °C et 1042 tr/min et pour une température de consigne du groupe froid de -1 °C. L’étude rhéologique du coulis a permis de mettre en place une corrélation empirique de type Herschel-Bulkley en fonction du taux d’hydrates qui permet une caractérisation satisfaisante du comportement rhéologique du fluide. Les résultats de l’étude thermique ont permis d’établir des corrélations entre les nombres de Nusselt et de Reynolds qui caractérisent les régimes de fonctionnement thermique du système. / To be used as phase change material in a secondary refrigerant, a hydrate must enclose a high dissociation enthalpy, at a temperature adapted to the application (positive for air-conditioning) and a pressure suitable for an industrial facility. Moreover, the two-phase mixture must present good conditions of flowing and heat exchange. A dynamical set-up with a stirred tank reactor with a loop of circulation, placed in a thermostated room, was developed for the study of carbon-dioxide-hydrate slurries. In this set-up, one protocol was carried out: by cooling of a water-CO2 solution, generating slurries hydrate rates 25 %, conveying a high latent heat (374 kJ.kg-1). A study of CO2 hydrate formation kinetics was lead in the tank reactor and the results showed the CO2 hydrate formation kinetics is 2 %.h-1 for a pressure, temperature and a stirring rate at the begin of 3 MPa, 12°C and 1042°rpm and a temperature of the chiller about -1°C. A study rheological allows the development of an empirical Herschel-Bulkley-type correlation as a function of the hydrate rate was achieved for rheological characterization of the fluid behavior. The thermal results obtained allow establishing correlation as a function of Nusselt and Reynolds number which characterize operational regimes of the system thermal.

A présent, les bâtiments résidentiels et commerciaux sont en phase de devenir le secteur le plus consommateur d’énergie dans de nombreux pays, comme par exemple en France. Diverses recherches ont été menées de manière à réduire la consommation énergétiques des bâtiments et augmenter leur confort thermique. Parmi tous les différentes approches, la technologie du stockage de chaleur latent se distingue par une très bonne capacité à stocker la chaleur afin de réduire les écarts entre la disponibilité et la demande d’énergie. Dans le cadre de l’un de nos projets, nous avons l’intention d’intégrer au design des murs des bâtiments un type de brique transparente remplie de matériaux à changement de phase (MCP). Les MCP à l’intérieur de la brique sont soumis à des changements de phase liquide-solide. Cette thèse s’attaque à la problématique du processus de fusion au sein de la brique. Au cours de cette thèse, une méthode expérimentale non-intrusive a été développée afin d’améliorer les techniques expérimentales existantes. La vélocimétrie des images des particules (VIP) et la fluorescence induite par laser (FIL) ont été couplées pour étudier la convection naturelle et la distribution de la température. Puisqu’aucun thermocouple n’a été inséré au sein de la brique, le processus de la fusion a été considéré sans perturbation. Les résultats montrent que cette conception expérimentale a un avenir prometteur, même si elle reste à améliorer. Par la suite, nous présentons deux simulations numériques. Ces simulations se fondent sur la méthode de Boltzmann sur réseau à temps de relaxation multiple (LBM MRT), employée pour résoudre le champ de vitesse, et sur la méthode de différences finies, pour obtenir la distribution de la température. La méthode d’enthalpie a quant à elle été utilisée pour simuler le changement de phase. Les simulations en deux dimensions et trois dimensions ont toutes deux été réalisées avec succès. Point important, ces simulations numériques ont été développées en langage C pour tourner spécifiquement sur un processeur graphique (GPU), afin d’augmenter l’efficacité de la simulation en profitant de la capacité de calcul d’un GPU. Les résultats des simulations concordent bien avec les résultats de nos expériences et avec les résultats analytiques publiés. / The domestic and commercial buildings are currently becoming the major sector that consumes the biggest share of the energy in many countries, for example in France. Various researches have been carried out in order to reduce the energy consumption and increase the thermal comfort of builds. Among all the possible approaches, the latent heat storage technology distinguishes itself because of its excellent heat storage ability which can be used to efficiently reduce the discrepancy between the energy consumption and supply. In one of our project, we intend to integrate a type of transparent brick filled with phase change material (PCM) into the buildings' wall design. The PCM inside the brick undergoes the solid-liquid phase change. This dissertation addresses the important issues of the melting process inside the brick. In this dissertation, a non-intrusive experimental method was proposed to improve the existing experiment technique. The particle image velocimetry (PIV) and the laser-induced fluorescence (LIF) were coupled to investigate the natural convection and the temperature distribution. Because there was no thermocouple installed inside the brick, the melting process was thus considered to be less impacted. The results showed that this experimental design has a promising future, yet still needs to be improved. Two sets of efficient numerical simulations were also presented in this dissertation. The simulations were based on the thermal lattice Boltzmann method (TLBM), where the natural convection got solved by the LBM and the temperature equation was solved by the finite difference scheme. The enthalpy method was employed to simulate the phase change. Both the 2-dimensional and 3-dimensional configurations were successfully simulated. Moreover, the simulation programs were specifically developed - using the C language - to be run on the graphic processing unit (GPU), in order to increase the simulation efficiency. The simulation results demonstrated a good agreement with our experimental results and the published analytical results.

Modern buildings increasingly include the usage of innovative materials aimed at improving sustainability and reducing the carbon footprint of the built environment. Phase Change Materials (PCMs) are one such group of novel materials which reduce building energy consumption. These materials are typically flammable and contained within wall linings yet there has been no detailed assessment of their fire performance. Current standard fire test methods provide means to compare similar materials but do not deliver knowledge on how they would behave in the event of a real fire. Thus, the aim of this thesis is to develop a novel testing framework to assess the behaviour of these materials in realistic fire scenarios. For PCMs, a flammability study is conducted in the bench-scale cone calorimeter to evaluate the fire risk associated with these materials. Then, micro-scale Thermogravimetric Analysis (TGA) is used to identify the fundamental chemical reactions to be able to confidently interpret the flammability results. Finally, intermediate-scale standard fire tests are conducted to evaluate the applicability of the bench-scale results to realistic fire scenarios. These take the form of modified Lateral Ignition and Flame spread Test (LIFT) and Single Burning Item (SBI) tests to understand flame spread and compartment fires respectively. Finally, a simplified method to combine this knowledge for use in building design is proposed. This method allows the balancing of potential energy benefits with quantified fire performance to achieve the specified goals of the designer. Hemp-lime insulation is a material which has also becoming increasingly popular in the drive towards sustainability. The porous nature of the material means that smouldering combustions are the dominant reaction mode but there is currently no standardised test method for this type of behaviour. Thus, hemp-lime materials also represent an unquantified risk. The work in this thesis defines a simple, accessible and economically viable bench-scale method for quantifying the fire risk associated with rigid porous materials. This is applicable for both downward opposed flow and upward forward flow smoulder propagation conditions. The behaviour is then interpreted using micro-scale thermogravimetric analysis to understand the underlying pyrolysis and oxidation reactions. Designers can utilise this framework to quantify the smouldering risk associated with hemp-lime materials to enable their usage in the built environment. The holistic fire risk assessment performed in this thesis has quantified the behaviour of PCMs and hemp-lime insulation applicable to realistic fire scenarios. The simplified design method empowers designers to be able to realise innovative buildings through fundamental understanding of the fire behaviour of these materials. The outcomes of this thesis allow designers to mitigate the fire risk associated with these materials and achieve optimised engineering solutions. Furthermore, the novel fire testing frameworks provide the economically viable means to assess the fire performance of future PCMs and hemp-lime products which ensures lasting relevance of this research in the future.

[EN] The use of latent heat storage materials containing phase change materials (PCM's) is an effective way of buffering thermal fluctuations and has the advantages of high-energy storage density and the isothermal nature of the storage process. The aim of this work was to develop novel heat management materials based on the encapsulation of PCM's for different applications of interest in refrigerated foods. To this end, the electro-hydrodynamic processing was used to encapsulate commercial PCM's with transition temperatures of interest in refrigeration and superchilling within different polymer and biopolymer matrices. Initially, materials with heat management capacity to be used in refrigeration equipment and packaging applications were designed. To this end, thick slabs, multilayer heat storage structures and polystyrene foam trays containing ultrathin fiber-structured polystyrene/PCM coatings were fabricated through the encapsulation of commercial phase change materials (specifically paraffin's) within different polymeric matrices. The morphology, thermal properties, encapsulation efficiency and temperature profile of the just prepared structures and after three months of storage at 4 and 25ºC were evaluated. However, the developed electrospun heat management materials showed a multiple crystallization profile, increased supercooling degree (difference between the melting and crystallization temperatures), low encapsulation efficiency and partial diffusion out of the PCM from the electrospun structures during ageing. Therefore, different strategies were been carried out to counteract these drawbacks. One the one hand, thermal energy storage systems including a PCM which crystallize at -1.5ºC were optimized by adjusting the solvent composition in order to obtain hybrid electrospun fibers with thermal properties similar to those of the neat PCM. On the other hand, a hydrophilic shell material based on polyvinylalcohol (PVOH) was used to encapsulate the PCM by using the emulsion electrospinning technique in order to improve the encapsulation efficiency. However, the hybrid structures thus prepared were highly soluble in water at high relative humidity conditions and an extra layer of a more hydrophobic material (polycaprolactone) through coaxial electrospinning was used to protect them from swelling. The use of the coaxial configuration was a good strategy to preserve the morphology of the electrospun structures when exposed to high relative humidity. / [ES] El uso de materiales de almacenamiento de calor latente que contienen materiales de cambio de fase (PCM's) es una manera eficiente de amortiguar las fluctuaciones de temperatura y presenta las ventajas de proveer alta densidad de almacenamiento de energía y la naturaleza isotérmica del proceso de almacenamiento. El objetivo de este trabajo fue desarrollar nuevos materiales con capacidad de gestión de calor mediante la encapsulación de PCM's para diferentes aplicaciones de interés en alimentos refrigerados. Para ello, se utilizó el procesado electrohidrodinámico para encapsular PCM's comerciales con temperaturas de transición de fase de interés en refrigeración y superenfriamiento dentro de matrices poliméricas y biopoliméricas. Inicialmente, se diseñaron materiales con capacidad de gestión de calor para ser utilizados en equipos de refrigeración y aplicaciones de envasado. Con este propósito, se fabricaron bloques, estructuras multicapa y bandejas de poliestireno que contenían un recubrimiento de fibras nanoestructuradas ultrafinas mediante la encapsulación de materiales de cambio de fase (especialmente parafinas) dentro de diferentes matrices poliméricas. Se evaluó la morfología, propiedades térmicas, eficiencia de encapsulación y perfil de temperatura de las estructuras recién preparadas y después de tres meses de almacenamiento a 4 y 25ºC. No obstante, se observó que los materiales electroestirados con capacidad de gestión de calor presentaron un perfil de cristalización múltiple, un incremento en el grado de subenfriamiento (diferencia entre las temperaturas de fusión y de cristalización), baja eficiencia de encapsulación y una difusión parcial del PCM de las estructuras electroestiradas durante el periodo de almacenamiento. Para contrarrestar estos efectos, se llevaron a cabo dos estrategias diferentes. Por un lado, se optimizaron los sistemas de almacenamiento de energía térmica incluyendo un PCM que cristaliza a -1.5ºC mediante el ajuste de la composición de los disolventes con el fin de obtener fibras hibridas electroestiradas con propiedades térmicas similares al PCM puro. Por otro lado, para mejorar la eficiencia de encapsulación se utilizó un material hidrófilo basado en polivinilalcohol (PVOH) como material de recubrimiento para encapsular el PCM usando la técnica de electroestirado a partir de una emulsión. Sin embargo, se observó que las estructuras hibridas preparadas fueron altamente solubles en agua y en condiciones de alta humedad relativa. Por tanto, para protegerlos se incorporó una capa adicional de un material más hidrofóbico (policaprolactona) mediante la técnica de electroestirado coaxial. El uso de la configuración coaxial fue la mejor estrategia para preservar la morfología de las estructuras electroestiradas cuando éstas fueron expuestas a condiciones de alta humedad relativa. / [CAT] L'ús de materials d'emmagatzematge de calor latent que contenen materials de canvi de fase (PCM) és una manera eficaç d'esmorteir les fluctuacions tèrmiques. A més a més presenta els avantatges de posseir una alta densitat d'emmagatzematge energia així com la naturalesa isotèrmica del procés d'emmagatzematge. L'objectiu d'aquest treball va ser desenvolupar productes amb capacitat de gestió de calor mitjançat l' encapsulació de PCM per a diferents aplicacions d'interès en la conservació d'aliments refrigerats. Amb aquesta finalitat, es va utilitzar el processament electro-hidrodinàmic per encapsular PCM comercials dins de diferents matrius polimériques i biopolimériques, amb temperatures de transició d'interès en el procés de conservació d'aliments refrigerats. Inicialment, es van dissenyar materials amb capacitat de gestió de calor per ser utilitzats en equips de refrigeració i en el envasat d'aliments refrigerats. Per a tal fi, es van dissenyar blocs, materials multicapa i safates de poliestirè que contenien un recobriment nanoestructurat i ultrafí amb encapsulats de materials de canvi de fase comercials (específicament parafines) dins de diverses matrius polimèriques. Es va caracteritzar la morfologia, les propietats tèrmiques, l'eficiència de encapsulació i la capacitat d'emmagatzematge d'energia just en el moment en el que es van preparar i després de tres mesos d'emmagatzematge a 4 y 25ºC. No obstant això, els materials desenvolupats van mostrar un perfil de cristal·lització múltiple, un augment del grau de subrefredament (diferència entre les temperatures de fusió i de cristal·lització), una baixa eficiència d'encapsulació i una difusió parcial del PCM de les estructures electroestirades durant el període d'emmagatzematge. Per tant, diferents estratègies han estat portades a terme per contrarestar aquests inconvenients. D'una banda, amb la finalitat d'obtenir fibres híbrides electroestirades amb propietats tèrmiques similars a les de la PCM pur, es van optimitzar els sistemes d'emmagatzematge d'energia tèrmica que incloïen un PCM que fon a -1,5 ºC variant la composició dels dissolvents. D'altra banda, es va utilitzar un material de la closca hidròfil basat en polivinílic alcohol (PVOH) per encapsular el PCM mitjançant l'ús de la tècnica d'electroestirat d'una emulsió per tal de millorar l'eficiència d'encapsulació. No obstant això, les estructures híbrides així preparades van ser altament soluble en aigua a altes condicions d'humitat relativa i va ser necessari utilitzar una capa addicional d'un material més hidròfob (policaprolactona) a través de la configuració coaxial de l'equip d'electroestirat. L'ús de la configuració coaxial va ser una bona estratègia per preservar la morfologia de les estructures electroestirades quan s'exposen a altes humitats relatives. / Chalco Sandoval, W. (2015). Development of Temperature Buffering Material Concepts Based on Electro-Hydrodynamic Processing of Interest in the Food Cold Chain [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53349 / TESIS

Le BLEVE (Boiling Liquid Exploding Vapor Explosion) est l’un des accidents les plus craints dans l’industrie. Bien qu’il soit étudié depuis plus de soixante ans, certains dangers et situations restent mal anticipés, tels que : quelles seraient les conséquences de la surpression d’un BLEVE dans un milieu urbain confiné ? Qu’adviendrait-il si un camion de transport de GPL venait exploser sur un pont ? Ces questions nécessitent d’étudier la physique du BLEVE au plus proche du conteneur. Ce travail explore les phénomènes physiques générant la surpression aérienne en champ proche de l’explosion, en essayant de comprendre la contribution des phases du contenu (liquide et vapeur) dans les dangers en champ proche du BLEVE. Un prototype expérimental petite échelle a été conçu dans le but de reproduire les BLEVE de cuves cylindriques de manière réaliste. Vingt-quatre BLEVEs de propane ont été effectués. Un large spectre de données a été collecté lors de ces tests : surpression aérienne dans de multiples directions autour du conteneur, variations de pression dans le conteneur avant et après rupture, chargement au sol dû à l’explosion, visualisations en imagerie rapide selon un certain nombre d’angles. Les résultats montrent une dépendance forte entre les caractéristiques de la phase vapeur et la suppression maximale générée par l’explosion. La reconstruction chronologique du phénomène confirme ce résultat. Cependant, la phase liquide joue un rôle capital dans la génération du chargement au sol, qui est un danger considérable, mais peu considéré jusque-là. / Boiling Liquid Exploding Vapor Explosion (BLEVE) is one of the most feared accident in the industry. Even though it has been studied for over 6 decades, many safety questions remain poorly answered: what happens if a BLEVE occurs in a congested urban or industrial area? What if a road tanker BLEVE happens on a bridge? These questions require to look closer to the vessel. This work focuses on understanding the physics involved in overpressure generation in the near field surrounding of the vessel, to understand the contribution of the fluid phases (liquid and vapor) in the near-field hazards of a BLEVE. For this purpose, a small scale experimental prototype was designed to reproduce realistic BLEVE failure. Twenty-four propane BLEVEs were performed. A wide range of data was recorded from these tests: blast overpressure all around the vessel, transient pressure inside the vessel, ground loading under the vessel, and high speed imaging through various angles. Results give more insight on the anisotropy of the pressure field around the cylindrical vessel. It also shows a strong dependency between vapor content and maximum overpressure from the lead shock. Moreover, the chronology of the phase change observed through transient pressure measurements show that the main contributor of the maximum overpressure is the vapor phase. The phase change is studied through pressure transient in the vessel and high speed imaging, giving a better understanding of the time scales involved with this phenomenon. Finally, ground loading measurements are analyzed to give insight on the order of magnitude involved in this hazard.

El silicio es la plataforma más prometedora para la integración fotónica, asegurando la compatibilidad con los procesos de fabricación CMOS y la producción en masa de dispositivos a bajo coste. Durante las últimas décadas, la tecnología fotónica basada en la plataforma de silicio ha mostrado un gran crecimiento, desarrollando diferentes tipos de dispositivos ópticos de alto rendimiento. Una de las posibilidades para continuar mejorando las prestaciones de los dispositivos fotónicos es mediante la combinación con otras tecnologías como la plasmónica o con nuevos materiales con propiedades excepcionales y compatibilidad CMOS. Las tecnologías híbridas pueden superar las limitaciones de la tecnología de silicio, dando lugar a nuevos dispositivos capaces de superar las prestaciones de sus homólogos electrónicos. La tecnología híbrida dióxido de vanadio/ silicio permite el desarrollo de dispositivos de altas prestaciones, con gran ancho de banda, mayor velocidad de operación y mayor eficiencia energética con dimensiones de la escala de la longitud de onda. El objetivo principal de esta tesis ha sido la propuesta y desarrollo de dispositivos fotónicos de altas prestaciones para aplicaciones de conmutación. En este contexto, diferentes estructuras basadas en silicio, tecnología plasmónica y las propiedades sintonizables del dióxido de vanadio han sido investigadas para controlar la polarización de la luz y para desarrollar otras funcionalidades electro-ópticas como la modulación. / Silicon is the most promising platform for photonic integration, ensuring CMOS fabrication compatibility and mass production of cost-effective devices. During the last decades, photonic technology based on the Silicon on Insulator (SOI) platform has shown a great evolution, developing different sorts of high performance optical devices. One way to continue improving the performance of photonic optical devices is the combination of the silicon platform with another technologies like plasmonics or CMOS compatible materials with unique properties. Hybrid technologies can overcome the current limits of the silicon technology and develop new devices exceeding the performance metrics of its counterparts electronic devices. The vanadium dioxide/silicon hybrid technology allows the development of new high-performance devices with broadband performance, faster operating speed and energy efficient optical response with wavelength-scale device dimensions. The main goal of this thesis has been the proposal and development of high performance photonic devices for switching applications. In this context, different structures, based on silicon, plasmonics and the tunable properties of vanadium dioxide, have been investigated to control the polarization of light and for enabling other electro-optical functionalities, like optical modulation. / El silici és la plataforma més prometedora per a la integració fotònica, assegurant la compatibilitat amb els processos de fabricació CMOS i la producció en massa de dispositius a baix cost. Durant les últimes dècades, la tecnologia fotònica basada en la plataforma de silici ha mostrat un gran creixement, desenvolupant diferents tipus de dispositius òptics d'alt rendiment. Una de les possibilitats per a continuar millorant el rendiment dels dispositius fotònics és per mitjà de la combinació amb altres tecnologies com la plasmònica o amb nous materials amb propietats excepcionals i compatibilitat CMOS. Les tecnologies híbrides poden superar les limitacions de la tecnologia de silici, donant lloc a nous dispositius capaços de superar el rendiment dels seus homòlegs electrònics. La tecnologia híbrida diòxid de vanadi/silici permet el desenvolupament de dispositius d'alt rendiment, amb gran ample de banda, major velocitat d'operació i major eficiència energètica en l'escala de la longitud d'ona. L'objectiu principal d'esta tesi ha sigut la proposta i desenvolupament de dispositius fotònics d'alt rendiment per a aplicacions de commutació. En este context, diferents estructures basades en silici, tecnologia plasmònica i les propietats sintonitzables del diòxid de vanadi han sigut investigades per a controlar la polarització de la llum i per a desenvolupar altres funcionalitats electró-òptiques com la modulació. / Sánchez Diana, LD. (2016). High performance photonic devices for switching applications in silicon photonics [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/77150 / TESIS