Scramjet engines are key for sustained hypersonic flights. Analytic models play a critical role in the preliminary design of a scramjet engine configuration. The objective of this research is to develop and validate a quasi-1D model for the scramjet engine encompassing inlet, isolator and combustor, to evaluate the impact of flight conditions and design parameters on the engine functionality. The model is developed assuming isentropic flow in the inlet with a single turn; modified Fanno-flow equations in the isolator that account for the area change of the core flow; and the combustor is modeled using Heiser-Pratt equations accounting for the fuel mixing efficiency. The isolator and combustor models are validated against experimental results. The model accounts for twelve parameters allowing for a decent range of possible configurations. Finally, the model was applied to five sets of parametric studies to evaluate the effect of multiple parameters on the engine functionality.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des systèmes physiques de basse dimension. Nous présentons une étude des propriétés électroniques locales de deux composés quasi-unidimensionnels (Q1D) à onde de densité de charge (ODC), le bronze bleu Rb0.3MoO3 et NbSe3, par microscopie à effet tunnel (STM), sous ultra-haut vide (UHV) et à basse température. Ces matériaux ont été clivés in-situ suivant leur plan naturel, (-201) pour Rb0.3MoO3 et (100) pour NbSe3. Notre étude montre que la distribution spatiale de surface des ODC peut être qualitativement différente de celle du volume et qu'une préparation in-situ des surfaces de ces composés est nécessaire pour avoir accès à leurs propriétés électroniques véritables. En surface de Rb0.3MoO3, l'ODC a été visualisée par STM. Un phénomène nouveau a été observé: la composante qb=2kf du vecteur d'onde de l'ODC n'est pas homogène en surface. Nous proposons que ces déviations résultent d'inhomogénéités de surface du vecteur de Fermi, dues à la distribution inhomogène des atomes alcalins sur la surface, après clivage du matériau. Les implications de ces résultats sont discutées. Nos mesures STM sur NbSe3 offrent une première étude cohérente des états ODC q1 et q2, et de leur distribution spatiale sur les différentes chaînes de la structure. A basse température, l'existence d'une interaction entre les ODC q1 et q2 est révélée par l'apparition d'une nouvelle superstructure. Enfin, tandis que l'ODC q1 possède en surface une température de transition (Tc) comparable à celle du volume, l'ODC q2 possède une Tc de 10 à 15K plus élevée en surface. Différents mécanismes reposant sur des effets spécifiques de surface sont discutés.

L'origine des déviations observées aux basses températures sur la conductivité des matériaux organiques quasi-1D reste à ce jour contreversée. Il est établi pour ces matériaux que les fluctuations magnétiques y sont présentes. L'objectif visé par notre travail est d'évaluer l'influence des fluctuations supraconductrices induites par l'antiferromagnétisme dans les conducteurs quasi-1D. Il ressort de nos calculs que la paraconductivité à un canal (Cooper), calculée à partir du courant de paires coïncide à celle d'Aslamazov-Larkin. Pour une dimension spatiale donnée, plus l'anisotropie est prononcée plus les fluctuations deviennent importantes. Dans le cas quasi-1D avec mélange des canaux de Cooper et de Peierls, on retrouve le résultat d'Aslamazov-Larkin à une constante près. Nos résultats s'accordent qualitativement aux données expérimentales avec un paramètre d'anisotropie fortement influencé par la pression. De même, on remarque que la pression lorsqu'elle augmente diminue les fluctuations supraconductrices. En outre l'interférence des canaux augmente la conductivité des conducteurs organiques quasi-1D de manière significative.

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Depuis la réalisation expérimentale en 1995 des premiers condensats gazeux de<br />Bose-Einstein (B-E) d'atomes alcalins : $\left(<br />^(87)Rb\,\ , \ ^(23)Na\,\ , \ ^(7)Li\right) $, ultra-froids ($T=0\,^(\mathrm(o))\!\mathrm(K)$) et confinés dans des pièges magnétiques 3D, la physique des condensats de Bose-Einstein et<br />de Fermi a connu un développement remarquable aussi bien expérimental que<br />théorique. L'objectif de ce mémoire de thèse a été fixé dans le cadre général du progrès récemment accompli dans l'étude de l'évolution dynamique des condensats<br />de B-E répulsifs, et de la réduction de leur dimensionnalité. Le manuscrit de<br />cette thèse comprend deux parties. La première a été consacrée, d'une part, à la<br />présentation du phénomène de la condensation de B-E depuis sa prédiction en 1925 par Einstein, dans un gaz idéal de Bose, jusqu'à sa réalisation en 1995, et<br />d'autre part, à la description de la dynamique des condensats dilués de B-E, à<br />la température $T=0\,^(\mathrm(o))\!\mathrm(K)$, par l'équation nonlinaire de Schr\"(o)dinger (ENLS), connue aussi sous le nom : équation de Gross-Pitaevskii (EGP). La seconde partie<br />comprend les résultats numériques de notre étude portant sur la dynamique d'un<br />condensat de B-E répulsif, quasi-1D et confiné dans un piège non-harmonique<br />(piège allongé avec des bords paraboliques), et sur son comportement dissipatif<br />et superfluide. Notre étude a montré que: i) les bords paraboliques du piège<br />considéré, ainsi qu'un obstacle en forme d'une bosse gaussienne, placé dans la partie plate<br />de ce piège, ont un effet d'anti-amortissement sur la propagation uniforme d'un<br />soliton gris dans le condensat, et cet effet se manifeste par une émission spontanée des<br />phonons; ii) le mouvement uniforme et rectiligne (en va-et-vient) d'un obstacle gaussien dans le condensat considéré conduit, lorsque la vitesse constante de l'obstacle<br />dépasse une certaine valeur critique ( vitesse critique ), à la création des solitons gris et des phonons dans ce<br />condensat qui devient un milieu dissipatif.<br /> Nous avons montré que le comportement dissipatif du condensat croît avec l'augmentation de la vitesse de<br />l'obstacle, atteint son maximum et finit par disparaître quasi-totalement pour<br />de grandes valeurs de la vitesse constante de l'obstacle, pour lesquelles le condensat se comporte comme un quasi-superfluide.

<p>NR 20140805</p>

[ES] El aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) empeora el calentamiento global y el cambio climático. El dióxido de carbono (CO2), como principal componente de los GEI, está estrictamente restringido en las normativas que pretenden un objetivo de neutralidad de carbono. En el sector del transporte, la electrificación ha sido ampliamente reconocida como un buen camino para lograr dicho objetivo. El gran éxito en el rango de baja potencia ha generado confianza en el empleo de motores eléctricos de gran potencia. Sin embargo, las deficiencias actuales, como la baja densidad energética y el reciclaje limitado de baterías usadas dificultan la sustitución total de los motores de combustión en poco tiempo, especialmente en el caso de los motores de transporte pesado. La utilización de combustibles limpios puede ser una solución de transición para lograr una reducción rápida de las emisiones de CO2. La presente tesis tiene como objetivo predecir las características específicas del proceso de combustión de chorros tipo Diesel en condiciones reactivas alimentados con combustibles hidrocarburos y oxigenados. Para lograr este objetivo, se utiliza una herramienta numérica denominada modelo Quasi-1D, que acopla un modelo de chorro unidimensional desarrollado internamente con un modelo de combustión avanzado basado en flamas laminares de un bajo coste computacional. Posteriormente, las métricas de combustión y la estructura de la llama se pueden examinar de manera eficiente a través de la evaluación del estado químico obtenido a lo largo de las trayectorias de mezcla. El estudio se centra principalmente en el caso de un chorro libre inyectado a través de un orificio único en un ambiente estacionario, con variaciones de condiciones de dicho ambiente y de inyección recomendadas por la Engine Combustion Network (ECN). Se han considerado una gran variedad de combustibles, incluyendo el n-dodecano, combustibles de referencia primarios y combustibles oxigenados de tipo OMEn. En conclusión, el modelo cuasi-1D ofrece una predicción precisa de las principales métricas del proceso de combustión en el amplio rango de condiciones consideradas a pesar de su bajo coste computacional. Ello lo constituye en una herramienta prometedora para la calibración de la combustión en motores con combustibles alternativos. / [CA] L'augment de les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle (GEI) empitjora l'escalfament global i el canvi climàtic. El diòxid de carboni (CO¿), com a principal component dels GEI, està estrictament restringit en les normatives que pretenen asolir un objectiu de neutralitat de carboni. En el sector del transport, l'electrificació ha sigut àmpliament reconeguda com un bon camí per a aconseguir aquest objectiu. El gran èxit en el rang de baixa potència ha generat confiança en l'ús de motors elèctrics de gran potència. No obstant això, les deficiències actuals, com la baixa densitat energètica i el reciclatge limitat de bateries usades dificulten la substitució total dels motors de combustió en poc temps, especialment en el cas dels motors de transport pesat. La utilització de combustibles nets pot ser una solució de transició per a aconseguir una reducció ràpida de les emissions de CO¿. La present tesi té com a objectiu predir les característiques específiques del procés de combustió de dolls tipus Dièsel en condicions reactives alimentats amb combustibles hidrocarburs i oxigenats. Per a aconseguir este objectiu, s'utilitza una ferramenta numèrica denominada model Quasi-1D, que acobla un model de doll unidimensional desenvolupat internament amb un model de combustió avançat basat en flamelets laminars d'un baix cost computacional. Posteriorment, les mètriques de combustió i l'estructura de la flama es poden examinar de manera eficient a través de l'avaluació de l'estat químic obtingut al llarg de les trajectòries de mescla. L'estudi es centra principalment en el cas d'un doll lliure injectat a través d'un orifici únic en un ambient estacionari, amb variacions de condicions d'aquest ambient i d'injecció recomanades per la Engine Combustion Network (ECN). S'han considerat una gran varietat de combustibles, incloent el n-dodecan, combustibles de referència primaris i combustibles oxigenat de tipus OMEn. En conclusió, el model Quasi-1D oferix una predicció precisa de les principals mètriques del procés de combustió en l'ampli rang de condicions considerades malgrat el seu baix cost computacional. Això el constitueix en una ferramenta prometedora per a la calibració de la combustió en motors amb combustibles alternatius. / [EN] The increase in greenhouse gas (GHG) emissions worsens global warming and climate change. Carbon dioxide (CO2), as the main composition in GHG, is strictly restricted in the emission regulation under the target of carbon neutrality by the middle of this century. In the transportation sector, electrification has been widely recognized as a good pathway to achieve such goals in light-duty applications. Great success in the low power range has built confidence in the employment of large power motors. However, the current shortcomings of battery such as low energy density, or limited recycling of used batteries make it difficult to fully replace the combustion engines in a short time, especially for heavy-duty engines. The utilization of low-carbon/zero-carbon fuels can be a transitional solution for achieving CO2 emission reduction rapidly. The present thesis aims to fully predict the specific characteristics of the combustion process of diesel-like reacting sprays fueled with hydrocarbon and oxygenated fuels. To accomplish this objective, a so-called Quasi-1D model is utilized, which integrates an in-house developed one-dimensional spray model with an advanced combustion model based on laminar flamelets at a low computational cost. Subsequently, the combustion metrics and flame structure can be efficiently examined throughout the evaluation of the chemical state obtained along mixing trajectories. The study mainly focuses on the case of a free spray injected through a single hole into steady environments with the variation of ambient and injection conditions recommended by Engine Combustion Network (ECN). A wide variety of fuels are considered, including n-dodecane, Primary Reference Fuels, and OMEn-type fuels. In conclusion, the Quasi-1D model delivers an accurate prediction of the main metrics of spray combustion process across the variety of conditions considered in spite of its low computational cost. This results in a promising tool for the calibration of combustion in engines with alternative fuels. / Cao, J. (2024). 1D Liquid Spray/Gas Jet Combustion Modelling using Detailed Chemistry [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213615

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