The research, which is described in the following chapters is designed to continue the studies made by Jordinson into the behaviour of small disturbances of constant frequency in the Blasius boundary layer over a flat plate. In his work a numerical method due to Osborne was used to solve the problem of the nonlinearly occurring eigenvalue which is associated with the Orr- Sommerfeld equation in the case of space amplification. A digital computer, the Edinburgh University KDF 9, performed the calculations. The present thesis first of all extends the Orr- Sommerfeld equation to include the effect of the growing thickness of the boundary layer upon the eigenvalues, and then it discusses a possible stage where the disturbance grows to such a size that the linearised theory no longer completely represents its behaviour. Following a chapter of introduction a mathematical model is devised which is based upon a Fourier Series expansion of the flow stream function in terms of frequency harmonics. This model is intended to represent the beginnings of finite disturbance development by showing the presence of second harmonic oscillations and the effect of the transfer of energy and momentum between the perturbation and the mean flow. The third chapter analyses the importance of the normal component terms of the Blasius mean flow from an empirical viewpoint. These are the terms which are responsible for the thickening of the boundary layer and it is shown, that in order to be consistent with the assumptions of boundary layer theory their retention is necessary. The topic of a linear disturbance is then discussed and the Orr-Sommerfeld equation, together with the contribution due to boundary layer thickening, is derived. In addition a proof is sketched which demonstrates that the boundary conditions of the differential equation are unaltered by the presence of the extra terms. Since the eigenvalue character of the linearised problem is of the same nature as Jordinson's problem, the same method of solution is used and the details are given in the fourth chapter. A rational discretisation of the differential equation is performed in order to reduce the truncation error of the approximation. This is followed by a discussion of Osborne's method. Tests carried out by varying the data parameters, the discrete step length, and the range of integration demonstrate remarkable stability. The results given in the fifth chapter show that the boundary layer is rendered slightly less stable if the effect of growing thickness is included, and that the curve of neutral stability is enlarged. This enlargement is in itself not sufficient to account for the differences existing between the predictions of theory and the results of experiment, particularly at lower Reynolds Numbers, but an argument later developed explains why these differences occur. The non-linear investigations ere discussed in the next two chapters. In the first of these the Fourier-Series mathematical model is studied more closely and details are given of the deter¬ mination of second harmonic oscillation values, distorted mean flow components and Reynolds stress. The effect of finite dis¬ turbance development upon the first harmonic of a perturbation. arises in the form of a set of coupled differential equations which are solved by a straightforward iterative procedure. The results of the investigations which are all given for a fixed fre¬ quency, show first of all that the Reynolds stress distribution begins to oscillate as the Reynolds Number increases and that its amplitude is increased. They also show that a perturbation of fixed signal size has a far greater effect at higher Reynolds Number upon mean flow and first harmonic component distortion Results of the distribution of first and second harmonic values are also given. The final chapter discusses a futuro research topic and summarises the preceding work. The computer programs for the calculation were developed from Jordinson's program and were run initially on the KDF 9 computer and latterly on the IBM 360/5C and Systems 4/75 computers in Edinburgh University. Details of the extensions to the existing subroutines are given in the Appendix.

A statistical equilibrium theory in two-dimensional turbulence is used to study the emergence of coherent structures. Macroscopic states are described by a local probability measure on the fluctuating vorticity field. The most probable macroscopic state is characterized by maximizing entropy subject to a family of constraints derived from the conserved quantities of the incompressible Euler equations. Coherent structures are identified with such macrostates. Attention is focused on the special case of enstrophy-moments and a doubly periodic domain. The algorithm of Turkington and Whitaker is applied to this special case. The convergence properties of the algorithm are derived from the optimization structure of the constraint maximization problem. The algorithm produces an entropy increasing sequence. The trivial case of conserving energy and enstrophy serves as the starting equilibrium state when implementing the algorithm. The probability density of the energy-enstrophy model is Gaussian and we perturb away from the trivial case by imposing higher enstrophy moments. Perturbing away from the trivial case forces the model to become nonlinear. It is found that the preferred statistical equilibrium state of the maximum entropy problem is determined by kurtosis. For high kurtosis a dipole is preferred and for low kurtosis a shear-layer is preferred. Several local solutions are found which converge to the maximum entropy state for high energy.

voir conclusion, pp. 151-154 du pdf

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The dust lifting capacity of the UK Mars General Circulation Model has been extended through the development of a new wind stress lifting parameterisation, and the simulation of a finite, variable surface dust layer. This second addition, which was represented by the use of lifting thresholds that were adjusted at each surface gridpoint in response to the removal or deposition of dust, led to enhanced variability in the timing and peak magnitude of major dust storms produced in the model. These dust storms were realistic in many respects, and the observed global dust storm frequency of occurrence of roughly one in every three years was approximately reproduced by the model, but an artificial threshold decrease rate was required to maintain dust lifting on a multiannual timescale - this was believed to be due to inaccuracies in the net cross-equatorial dust flux, which showed a strong bias towards the northern hemisphere. Significant changes were seen in model dust lifting rates when the influence of a heterogeneous surface roughness length was included in the wind stress scheme, and the need for more sophisticated sub-gridscale methods in future dust lifting schemes, to cope with this and other effects, was noted. The inclusion of radiatively active water clouds in model runs also affected dust lifting rates, particularly in the vicinity of the polar caps in autumn, winter and spring. The dynamics behind the formation of small, cap-edge dust storms during these periods were examined in detail, and it was found that a cessation in dust lifting activity that occurs around winter solstice does so due to a combination of the radiative effects of global dust loading and polar hood ice clouds, and zonal variations in midlatitude topography. The direct interaction between dust and ice, in the form of nucleation and scavenging, was investigated. It was found that scavenging by water ice, if it is suitably efficient, could significantly reduce the dust content of the winter polar regions. However, the dust and ice vertical profiles measured in the aphelion cloud belt by Mars Climate Sounder were not reproduced by the model with any of the possible scavenging efficiencies used. It appears that scavenging cannot provide an explanation for the existence of sharply defined, elevated dust layers at low latitudes.

L'étude du mouvement d'un patin, glissant à la surface libre d'une couche de grains, permet de tester la réponse d'un matériau granulaire immergé à un cisaillement simple. Il existe une force seuil, proportionnelle au poids du patin et indépendante de sa surface, en deçà de laquelle le patin reste immobile. Au-delà du seuil, la force de cisaillement, qui permet de déplacer le patin à vitesse constante, est proportionnelle à son poids, indépendante de sa surface et de sa vitesse. La taille des grains ne joue pas de rôle significatif dans la valeur des forces mesurées mais apparaît comme seule longueur caractéristique dans ces systèmes; d'une part, l'écoulement induit sous le patin en mouvement n'affecte que quelques couches de grains. D'autre part, pendant le régime transitoire, la couche se dilate sur une distance de glissement égale au rayon d'un grain. L'extension de ce travail à des mélanges secs de grains de deux tailles différentes montre que les coefficients de friction dépendent, de manière complexe, du taux de mélange mais que la longueur caractéristique à considérer dans ce cas est la moyenne, en masse, des diamètres des deux constituants. Par ailleurs, la contrainte seuil dépend du temps pendant lequel la couche de matériau est restée au repos avant la mesure. La condensation capillaire de ponts liquides entre les grains explique, au moins en partie, le vieillissement des propriétés mécaniques des matériaux granulaires secs en atmosphère humide. Des mesures d'angle limite d'avalanche montrent que le vieillissement des propriétés mécaniques de billes de verre immergées dans de l'eau est dû à des réactions chimiques de surface. Les propriétés mécaniques des matériaux granulaires immergés ne dépendent pas du temps en l'absence de réactivité chimique et de sollicitations extérieures (vibrations mécaniques, variations de température, etc. . . ). Cependant, les variations de la température ambiante, qui induisent une compaction lente du matériau, peuvent conduire à une augmentation des seuils d'écoulement. Les matériaux granulaires se comportent comme des fluides à seuil. L'étude du passage forcé d'un débit constant d'air au travers d'une fine couche d'un matériau granulaire immergé montre qu'il existe une surpression seuil, indépendante de l'épaisseur de la couche, en deçà de laquelle le gaz reste piégé sous la couche. à faible débit imposé, le gaz s'échappe périodiquement du système sous forme de bulles. à fort débit, l'air s'échappe continûment du système après avoir formé un canal stable au sein du matériau. Entre ces deux régimes limite, on observe un régime intermittent; le système oscille, sans périodicité apparente, entre les émissions de bulles successives et l'émission d'un jet continu d'air. Nous poursuivrons, dans un premier temps, l'étude des propriétés de friction des matériaux granulaires immergés. Nous montrerons ensuite que l'étude du passage d'un gaz au travers d'un fluide à seuil (matériau granulaire immergé, gel, mousse,. . . ), peut apporter des informations importantes pour la compréhension de systèmes géophysiques et, en particulier, de certains volcans.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1970. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliography.

Une goutte rebondit indéfiniment à la surface d'un bain soumis à une oscillation verticale. A chaque choc, des ondes sont émises sur la surface. Au voisinage de l'instabilité de Faraday, la goutte se couple à ses propres ondes et se met en mouvement spontanément sur la surface : les ondes émises lors des rebonds précédents sont entretenues par la vibration, et la goutte est propulsée car elle rebondit sur une surface inclinée. Le marcheur (l'objet associant la goutte et ses ondes de surface) possède une nature duale, à la fois onde et particule. Envoyé vers un obstacle sous-marin, le marcheur possède une probabilité de passage non nulle. Chaque réalisation est aléatoire et l'on retrouve statistiquement une forme d'effet tunnel. L'écart au seuil de l'instabilité de Faraday contrôle le temps d'amortissement des ondes sur le bain. Associé au mouvement du marcheur, il permet d'introduire la mémoire de chemin, correspondant à la trace laissée par la goutte sur le bain. Cette dernière joue un rôle majeur dans la mise en place d'effets typiquement ondulatoires dans la dynamique des marcheurs. Les conséquences de la mémoire de chemin sont évaluées en appliquant une force transverse sur le marcheur. Les orbites circulaires suivies par le marcheur sont de deux natures selon l'intensité de la mémoire de chemin. Pour une mémoire faible, leurs rayons varient continûment avec le champ excitateur. En revanche, pour une mémoire importante, les rayons de orbites sont discrets. La nature du jeu de niveaux qui se met en place suggère une analogie forte avec la théorie quantique des niveaux de Landau.

Un modèle de cavitation à poche partielle a été développé et implémenté dans un code potentiel bidimensionnel stationnaire puis dans un code potentiel tridimensionnel instationnaire. L'originalité de la méthode est d'utiliser la technique des vitesses de transpiration pour simuler la présence de la poche de cavitation. Cette méthode permet une fermeture naturelle de la poche sans avoir à imposer un quelconque artifice dans le modèle ou dans la méthode de calcul. Adaptable à tout solveur de modèle d'écoulement, le modèle couplé aux codes potentiels permet, grâce à cette technique, une simulation raisonnablement rapide de l'écoulement cavitant sur un hydrofoil ou une hélice en régime d'écoulement stationnaire ou instationnaire. Le modèle a été validé par comparaison avec des essais en régime stationnaire sur un profil bidimensionnel. On retrouve numériquement les longueurs de poche observées lors des essais ainsi que les pressions mesurées. Quant à l'écoulement tridimensionnel, des résultats disponibles dans la littérature n'ont permis que la validation qualitative au niveau de la longueur de poche. Une campagne d'essais en collaboration avec le BSHC pour mesurer la portance et la traînée d'un hydrofoil a alors été effectuée avec pour objectif la validation tridimensionnelle quantitative. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les mesures expérimentales et les résultats numériques, ce qui permet de conclure de façon satisfaisante quant à la validation du modèle. Finalement, des résultats de simulations instationnaires sur des hélices en régime cavitant sont présentés. Les résultats numériques montrent que la cavitation à poche partielle affecte très peu les performances hydrodynamiques de l'hélice.

Ce travail de thèse présente la conception et la réalisation d'un dispositif microfluidique en PDMS (Polydiméthylsiloxane) pour exploration des diagrammes de phase. Le microsystème est basé sur le principe de pervaporation (évaporation à travers une membrane) et comporte des microchambres indépendantes de 5nL de solution dont on fait varier la concentration au court du temps. Il est possible de concentrer jusqu'à l'observation de transitions de phases (démixtion, nucléation, cristallisation, ...). Nous avons montré que la pervaporation est une piste intéressante pour l'exploration de diagrammes de phases. En parallèle, nous avons développé un outil original de mesure in situ en temps réel de la concentration, paramètre essentiel du criblage. Cet outil, basé sur le principe de réfractométrie, a pour avantage d'être non intrusif et ne requiert aucune modification particulière du microsystème. La méthode consiste à utiliser les parois des microcanaux comme éléments optiques. Nous montrons que cette méthode permet de mesurer un coefficient de diffusion et un rapport de viscosité dans une jonction en T sans ajout de traceurs ni utilisation de la fluorescence. Nous avons utilisé cette méthode de mesure de la concentration lors d'expériences sur des systèmes modèles (solutions ioniques, surfactants, polymères, protéines, ...).