O trabalho apresenta uma modificação do modelo do número de onda cumulativo (CW – Cumulative Wavenumber) para atender ao balanço de energia na determinação da transferência radiante de gases participantes não uniformes. De um modo geral, o modelo CW fornece resultados que se mostram precisos para o divergente do fluxo de calor radiante (ou taxa volumétrica de geração de energia) quando comparados à solução benchmark (integração linhapor- linha). No entanto, conforme é apresentado nesta pesquisa, uma hipótese importante feita pelo modelo o torna não conservativo e, não garantindo o balanço de energia radiante quando um meio não uniforme é considerado. Como conseqüência, o fluxo de calor radiante pode apresentar desvios consideráveis em relação à solução exata. O modelo do número de onda cumulativo modificado (CWM) foi desenvolvido de forma a manter o mesmo valor para a taxa volumétrica de geração de energia, mas satisfazendo ao balanço de energia radiante. O modelo CWM é aplicado juntamente com o método das ordenadas discretas para resolver a transferência de calor radiante em sistemas unidimensionais formados por placas planas infinitas e paralelas, contendo camadas uniformes e não uniformes de gases típicos da combustão de metano ou óleo combustível. As paredes são negras para a radiação térmica. A aquisição de dados das linhas de absorção espectrais é feita pela utilização dos bancos de dados HITRAN e HITEMP. São apresentados os bancos de dados, bem como a forma em que é efetuada a extração destes e, posteriormente, a elaboração dos espectros de absorção das espécies químicas. São analisados meios uniformes (isotérmicos e homogêneos) primeiramente, evidenciando que o modelo original (CW) não apresenta problemas nesses casos. Posteriormente, meios não uniformes (nãoisotérmicos e homogêneos; ou não-isotérmicos e não homogêneos) são avaliados. Os resultados para ambos os modelos, CW e CWM, são comparados com a solução linha-por-linha (LBL). Casos com diferentes perfis de temperatura e concentração da espécie química são considerados. A solução a partir da nova metodologia se apresentou mais dispendiosa computacionalmente devido ao acréscimo de novos passos iterativos. Os resultados mostram que o CWM leva a resultados mais precisos para o fluxo de calor radiante, satisfazendo ao balanço de energia com um desvio que se deve principalmente à discretização espacial da equação de transporte radiante. / This work presents a modification of the cumulative wavenumber (CW) method to determine the radiative transfer in non-uniform participating gases to enforce the radiative energy balance to be satisfied. In particular, the CW model leads to results for the divergent radiative heat flux (or radiative volumetric heat source) that proved accurate in comparison to the benchmark solution ( LBL integration) for non-isothermal medium. However, as will be shown in this work, one important assumption of the method prevents it of satisfying the radiative energy balance when a non uniform medium is considered. As consequence, the radiative heat flux can present considerable deviation of the correct solution. The modified cumulative wavenumber (CWM) model was developed to keep the same value of the radiative volumetric heat source, but also to satisfy the radiative energy balance. The CWM model is applied together with the discrete ordinates method to solve the radiation heat transfer in a one-dimentional slab containing a uniform/non-uniform layer of typical gases from the methane or fuel oil combustion. The walls are black for the thermal radiation. The HITRAN and HITEMP are used to extract the spectral lines information that is required for modeling. The database are briefly presented as well as the procedure that is used to extract the data and the spectra drawing. Firstly, uniform media (isothermal and homogeneous) are analyzed proving that the original model (CW) presents accurate results in those cases. Next, non-uniform media (non-isothermal and homogeneous; or non-isothermal and non-homogeneous) are taken into account. The results of both the CW and the CWM modeling are compared to the benchmark line-by-line (LBL) integration. Different temperature and concentration profiles are considered. The solution obtained from the new model presents an increase in the computational time due to the insertion of new iterative loops. The results show that the CWM leads to accurate estimation of both the radiative heat flux and volumetric heat source, satisfying the radiative energy balance with an error that is mostly due to the spatial discretization of the radiative transfer equation.

No Rio Grande do Sul (RS), a prática de queimadas está relacionada principalmente com a renovação do pasto e agricultura. Embora o RS não seja o Estado com maior incidência de queimadas no Brasil, centenas de focos são identificados por dados de satélites anualmente. O uso de dados de sensores remotos para identificar focos de queimadas vem sendo utilizado há décadas, com o desenvolvimento de novos algoritmos. Uma técnica que vem sendo utilizada consiste na obtenção da Potência Radiativa do Fogo (PRF), a partir de dados de sensores remotos. A PRF é uma medida da energia radiante liberada no processo de queima de biomassa. Estudos demonstram que a PRF possui uma relação linear positiva com a biomassa em processo de combustão, permitindo gerar valores de coeficientes de consumo de biomassa. O conhecimento dos valores destes coeficientes pode determinar o total de biomassa queimada quando multiplicados pela PRF obtida por sensores remotos, no momento da passagem do satélite, em tempo quase real. A determinação dos coeficientes de consumo, por sua vez, depende da tipologia vegetal submetida à queima. Devido à pequena quantidade de dados sobre as queimadas no RS, o objetivo deste trabalho consiste em estimar o coeficiente de consumo de biomassa por queima de vegetação campestre no RS, através da utilização da Potência Radiativa do Fogo (PRF), obtida a partir de dados do sensor MODIS e dados de campo de biomassa. A área de estudo escolhida foi o município de André da Rocha, por possuir focos de queimadas identificados pelo MODIS (pelo produto MYD14 - Thermal Anomalies/Fire products), e dados sobre a quantidade de biomassa em áreas frequentemente queimadas. Também foram obtidos dados de experimentos in situ do comportamento do fogo em área campestre no RS. Foi identificada e quantificada a área queimada, a partir do uso de uma cena do satélite Landsat. A obtenção de dados de experimentos de campo e da cicatriz da área queimada permitiu a obtenção da taxa média de consumo de biomassa e a obtenção dos valores de PRF pelo produto MYD14 permitiu obter o valor da PRF média na área de estudo. Pela relação linear existente entre esses dois parâmetros, foi obtido o coeficiente médio de consumo de biomassa. O valor do coeficiente de consumo foi de 0,24 kg/MJ, resultado esse próximo do encontrado por outros autores. A metodologia utilizada neste trabalho difere da metodologia utilizada em trabalhos anteriores para a obtenção do coeficiente de consumo de biomassa. De qualquer maneira, o dado obtido é uma estimativa preliminar para novos estudos e experimentos em campo. / In Rio Grande do Sul (RS), the practice of burning is mainly related to the renewal of pasture and agriculture. Although the RS is not the state with the highest incidence of fires in Brazil, hundreds of fire focuses are identified by satellite data annually. The use of remote sensing data to identify burning areas has been used for decades with the development of new algorithms. One technique that has been used consists in obtaining the Fire Radiative Power (FRP) from remote sensing data. The FRP is a measure of the radiant energy released in the process of burning biomass. Studies have shown that the FRP has a positive linear relationship with the biomass in the combustion process, allowing to generate coefficient values biomass consumption.The knowledge of the values of these coefficients can determine the total biomass burned when multiplied by FRP obtained by remote sensors at the time of passage of the satellite, in near real time. The determination of the coefficients of consumption, in turn, depends on the type of plant subject to burning. Due to the small amount of data on fires in the RS, the objective of this study is to estimate the coefficient of biomass consumption by burning Campos grassland in RS, by using the FRP obtained from MODIS (from the product MYD14 - Thermal Anomalies / Fire products) and field biomass data. The chosen study area was André da Rocha, for having fires focus identified by MODIS and data from biomass often burned. Experiment data in situ of the fire behavior in campos grassland in RS were also been obtained. The scar burned area was identified and quantified from the use of a Landsat scene. Data of the field and the burned scar area allowed to obtain the average rate of consumption of biomass, and FRP values from MODIS allowed to obtain the average value of the FRP in the study area. The coefficient value was calculated from the linear relationship between these two parameters. The coefficient of consumption obtained was 0.24 kg/MJ, a result close to that found by other authors. The methodology used in this study differs from the method used in previous studies. Anyway the data is a preliminary estimate for new studies and field experiments.

No presente trabalho é apresentado um estudo do efeito da diluição com inertes sobre as características da transferência de calor por radiação em chamas laminares não pré-misturadas de metano. O trabalho também apresenta um estudo sobre a modelagem do fluxo radiativo proveniente de chamas turbulentas visando à obtenção de fatores de ponderação para o modelo das múltiplas fontes pontuais. Em ambos os estudos, a distribuição do fluxo radiante é obtida através de medições ao longo do eixo da chama e os valores de fração radiante são calculados a partir da integração dessa distribuição. É mostrado qualitativamente que a adição de gás inerte ao combustível propicia a inibição da formação de fuligem. É mostrado quantitativamente que a adição de gás inerte pode reduzir ou ampliar a fração radiante da chama, dependendo do tipo de gás, dos níveis de diluição e do tempo de residência característico da chama. São reportados valores para os fatores de ponderação utilizados no modelo de múltiplas fontes pontuais obtidos experimentalmente a partir de medições nas chamas. O formato da curva formada pelos fatores de ponderação é semelhante para os diferentes níveis de diluição com gás carbônico. A utilização desses fatores de ponderação no modelo de múltiplas fontes pontuais apresenta resultados satisfatórios em comparação com a distribuição dos fluxos radiativos medidos ao longo do eixo da chama. / In this work it is presented a study of the effect of fuel dilution with inerts on the radiative heat transfer characteristics of laminar non premixed methane flames. A study on the radiative flux distribution from turbulent flames is conducted in order to obtain weighting factors for the model of multiple point sources. The distribution of radiative heat flux is obtained by measuring the fluxes along the axis of the flame and the radiant fraction is calculated by the integration of such distribution. It is qualitatively shown that the addition of inert gas in the fuel leads to the inhibition of soot formation. It is quantitatively shown that the addition of inert may decrease or increase the radiant fraction depending on gas type, dilution levels and characteristic residence times of the flame. It is also reported values for the weighting factors used in the model of multiple point sources experimentally obtained from measurements. The shapes of the curves formed by the weighting factors are similar for the different dilution levels of carbon dioxide. The use of these weighting factors in the multi-point source model shows satisfactory results in comparison to the distribution of radiative fluxes measured along the flame axis.

O trabalho apresenta uma modificação do modelo do número de onda cumulativo (CW – Cumulative Wavenumber) para atender ao balanço de energia na determinação da transferência radiante de gases participantes não uniformes. De um modo geral, o modelo CW fornece resultados que se mostram precisos para o divergente do fluxo de calor radiante (ou taxa volumétrica de geração de energia) quando comparados à solução benchmark (integração linhapor- linha). No entanto, conforme é apresentado nesta pesquisa, uma hipótese importante feita pelo modelo o torna não conservativo e, não garantindo o balanço de energia radiante quando um meio não uniforme é considerado. Como conseqüência, o fluxo de calor radiante pode apresentar desvios consideráveis em relação à solução exata. O modelo do número de onda cumulativo modificado (CWM) foi desenvolvido de forma a manter o mesmo valor para a taxa volumétrica de geração de energia, mas satisfazendo ao balanço de energia radiante. O modelo CWM é aplicado juntamente com o método das ordenadas discretas para resolver a transferência de calor radiante em sistemas unidimensionais formados por placas planas infinitas e paralelas, contendo camadas uniformes e não uniformes de gases típicos da combustão de metano ou óleo combustível. As paredes são negras para a radiação térmica. A aquisição de dados das linhas de absorção espectrais é feita pela utilização dos bancos de dados HITRAN e HITEMP. São apresentados os bancos de dados, bem como a forma em que é efetuada a extração destes e, posteriormente, a elaboração dos espectros de absorção das espécies químicas. São analisados meios uniformes (isotérmicos e homogêneos) primeiramente, evidenciando que o modelo original (CW) não apresenta problemas nesses casos. Posteriormente, meios não uniformes (nãoisotérmicos e homogêneos; ou não-isotérmicos e não homogêneos) são avaliados. Os resultados para ambos os modelos, CW e CWM, são comparados com a solução linha-por-linha (LBL). Casos com diferentes perfis de temperatura e concentração da espécie química são considerados. A solução a partir da nova metodologia se apresentou mais dispendiosa computacionalmente devido ao acréscimo de novos passos iterativos. Os resultados mostram que o CWM leva a resultados mais precisos para o fluxo de calor radiante, satisfazendo ao balanço de energia com um desvio que se deve principalmente à discretização espacial da equação de transporte radiante. / This work presents a modification of the cumulative wavenumber (CW) method to determine the radiative transfer in non-uniform participating gases to enforce the radiative energy balance to be satisfied. In particular, the CW model leads to results for the divergent radiative heat flux (or radiative volumetric heat source) that proved accurate in comparison to the benchmark solution ( LBL integration) for non-isothermal medium. However, as will be shown in this work, one important assumption of the method prevents it of satisfying the radiative energy balance when a non uniform medium is considered. As consequence, the radiative heat flux can present considerable deviation of the correct solution. The modified cumulative wavenumber (CWM) model was developed to keep the same value of the radiative volumetric heat source, but also to satisfy the radiative energy balance. The CWM model is applied together with the discrete ordinates method to solve the radiation heat transfer in a one-dimentional slab containing a uniform/non-uniform layer of typical gases from the methane or fuel oil combustion. The walls are black for the thermal radiation. The HITRAN and HITEMP are used to extract the spectral lines information that is required for modeling. The database are briefly presented as well as the procedure that is used to extract the data and the spectra drawing. Firstly, uniform media (isothermal and homogeneous) are analyzed proving that the original model (CW) presents accurate results in those cases. Next, non-uniform media (non-isothermal and homogeneous; or non-isothermal and non-homogeneous) are taken into account. The results of both the CW and the CWM modeling are compared to the benchmark line-by-line (LBL) integration. Different temperature and concentration profiles are considered. The solution obtained from the new model presents an increase in the computational time due to the insertion of new iterative loops. The results show that the CWM leads to accurate estimation of both the radiative heat flux and volumetric heat source, satisfying the radiative energy balance with an error that is mostly due to the spatial discretization of the radiative transfer equation.

Le bilan d'énergie de surface du Plateau Antarctique est essentiellement contrôlé par les propriétés physiques des premiers centimètres du manteau neigeux. Or l'évolution de cette neige de surface est complexe car elle dépend de processus fondamentalement imbriqués: vitesse de métamorphisme, profils de température, pénétration du rayonnement solaire, précipitations, transport de neige par le vent, etc. L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier ces diverses composantes et leur couplage afin de simuler l'évolution de la densité de la neige et de la taille de grain (surface spécifique) sur le Plateau Antarctique. Pour représenter de manière physique l'absorption de l'énergie solaire à l'intérieur du manteau, un modèle de transfert radiatif à fine résolution spectrale (TARTES) a été implémenté dans le modèle de manteau neigeux détaillé Crocus. TARTES permet de calculer le profil vertical d'absorption d'énergie dans un manteau stratifié dont les caractéristiques sont connues. Parmi elles, la forme des grains, explicitement prise en compte dans TARTES, a été peu étudiée jusqu'à présent. C'est pourquoi une méthode de détermination expérimentale de la forme optique des grains est proposée et appliquée à un grand nombre d'échantillons de neige. Cette méthode, basée sur des mesures optiques, des simulations TARTES, et l'inférence bayésienne, a permis de déterminer la forme la plus adéquate pour simuler les propriétés optiques de la neige, et a mis en évidence le fait que représenter la neige par un ensemble de particules sphériques conduisait à surestimer la profondeur de pénétration du rayonnement d'environ 30%. L'impact de l'absorption en profondeur du rayonnement sur les profils de température dans le manteau et son métamorphisme est ensuite étudié par des approches analytique et numérique, mettant en valeur la sensibilité des profils aux propriétés de la neige proche de la surface. En particulier, la densité de la neige sur les premiers centimètres est cruciale pour le bilan d'énergie du manteau car elle impacte à la fois la profondeur de pénétration du rayonnement et la conductivité thermique du manteau. Puisque le modèle Crocus tient compte de ce couplage entre propriétés optiques et physiques du manteau, il est utilisé pour estimer l'influence des conditions météorologiques sur la variabilité temporelle des propriétés physiques de la neige de surface à Dôme C. Ces simulations sont évaluées au regard d'un jeu de données collectées lors de missions de terrain et de mesures automatiques de l'albédo spectral et de la pénétration du rayonnement dans la neige. Ces observations mettent en évidence le rôle primordial des précipitations dans les variations rapides de taille de grain en surface et l'existence d'un cycle saisonnier de cette taille de grain. Ces variations sont bien simulées par Crocus lorsque le forçage atmosphérique qui lui est imposé est adéquat. En particulier, l'impact du vent sur l'évolution du manteau est fondamental car il contrôle la densité de surface par le biais du transport de neige. Ce transport est aussi à l'origine de la variabilité spatiale des propriétés de la neige observée à Dôme C. C'est pourquoi une modélisation stochastique de l'érosion et du transport de neige dans Crocus est proposée. En plus d'expliquer la variabilité spatiale de la densité et de la taille de grain, elle permet de reproduire celle de l'accumulation annuelle ainsi que les variations rapides de hauteur de neige liées à des épisodes de vent. Ces travaux ont permis une meilleure représentation des processus physiques qui contrôlent les variations des propriétés de la neige de surface à Dôme C, tout en soulignant le rôle primordial du vent, dont l'impact sur le manteau est particulièrement complexe à simuler. / The surface energy balance of the Antarctic Plateau is mainly governed by the physical properties of the snowpack in the topmost centimeters, whose evolution is driven by intricated processes such as: snow metamorphism, temperature profiles variations, solar radiation penetration, precipitation, snow drift, etc. This thesis focuses on the interactions between all these components and aims at simulating the evolution of snow density and snow grain size (specific surface area) on the Antarctic Plateau. To physically model the absorption of solar radiation within the snowpack, a radiative transfer model with high spectral resolution (TARTES) is implemented in the detailed snowpack model Crocus. TARTES calculates the vertical profile of absorbed radiation in a layered snowpack whose characteristics are given. These characteristics include snow grain shape, a parameter that has been seldom studied. For this reason, an experimental method to estimate the optical grain shape is proposed and applied to a large number of snow samples. This method, which combines optical measurements, TARTES simulations and Bayesian inference, is used to estimate the optimal shape to be used in snow optical models. In addition, it highlights that representing snow as a collection of spherical particles results in overestimation of the penetration depth of solar radiation. The influence of the penetration of solar radiation on the snow temperature profiles is then investigated with analytical and numerical tools. The results point out the high sensitivity of the temperature profiles to surface snow physical properties. In particular, the density of the topmost centimeters of the snowpack is critical for the energy budget of the snowpack because it impacts both the effective thermal conductivity and the penetration depth of light. To simulate the evolution of snow physical properties at Dome C by taking into account their interdependence with snow optical properties, the model Crocus is used, driven by meteorological data. These simulations are evaluated against a set of data collected during field missions as well as automatic measurements of snow spectral albedo and penetration depth. These observations highlight the influence of weather conditions on the temporal variability of surface snow properties. They show the existence of a slow decrease of snow grain size at the surface during summer. Rapid changes are also observed, essentially due to precipitation. These variations are well simulated by Crocus when forced by an appropriate atmospheric forcing. In particular, the impact of wind on the evolution of the snowpack is crucial because it controls the surface density through snow transport. This transport is also responsible for the spatial variability of snow properties observed at Dome C. That is why a stochastic representation of snow erosion and transport in Crocus is proposed. It explains well the observations of the spatial variability of density and grain size, and reproduces the variability of the annual accumulation as well as rapid changes in snow height resulting from drift events. This study improves our understanding of the physical processes which drive the properties of snow close to the surface on the Antarctic Plateau, and also points out the critical role of wind, the impact of which is very difficult to account for in models yet.

No Rio Grande do Sul (RS), a prática de queimadas está relacionada principalmente com a renovação do pasto e agricultura. Embora o RS não seja o Estado com maior incidência de queimadas no Brasil, centenas de focos são identificados por dados de satélites anualmente. O uso de dados de sensores remotos para identificar focos de queimadas vem sendo utilizado há décadas, com o desenvolvimento de novos algoritmos. Uma técnica que vem sendo utilizada consiste na obtenção da Potência Radiativa do Fogo (PRF), a partir de dados de sensores remotos. A PRF é uma medida da energia radiante liberada no processo de queima de biomassa. Estudos demonstram que a PRF possui uma relação linear positiva com a biomassa em processo de combustão, permitindo gerar valores de coeficientes de consumo de biomassa. O conhecimento dos valores destes coeficientes pode determinar o total de biomassa queimada quando multiplicados pela PRF obtida por sensores remotos, no momento da passagem do satélite, em tempo quase real. A determinação dos coeficientes de consumo, por sua vez, depende da tipologia vegetal submetida à queima. Devido à pequena quantidade de dados sobre as queimadas no RS, o objetivo deste trabalho consiste em estimar o coeficiente de consumo de biomassa por queima de vegetação campestre no RS, através da utilização da Potência Radiativa do Fogo (PRF), obtida a partir de dados do sensor MODIS e dados de campo de biomassa. A área de estudo escolhida foi o município de André da Rocha, por possuir focos de queimadas identificados pelo MODIS (pelo produto MYD14 - Thermal Anomalies/Fire products), e dados sobre a quantidade de biomassa em áreas frequentemente queimadas. Também foram obtidos dados de experimentos in situ do comportamento do fogo em área campestre no RS. Foi identificada e quantificada a área queimada, a partir do uso de uma cena do satélite Landsat. A obtenção de dados de experimentos de campo e da cicatriz da área queimada permitiu a obtenção da taxa média de consumo de biomassa e a obtenção dos valores de PRF pelo produto MYD14 permitiu obter o valor da PRF média na área de estudo. Pela relação linear existente entre esses dois parâmetros, foi obtido o coeficiente médio de consumo de biomassa. O valor do coeficiente de consumo foi de 0,24 kg/MJ, resultado esse próximo do encontrado por outros autores. A metodologia utilizada neste trabalho difere da metodologia utilizada em trabalhos anteriores para a obtenção do coeficiente de consumo de biomassa. De qualquer maneira, o dado obtido é uma estimativa preliminar para novos estudos e experimentos em campo. / In Rio Grande do Sul (RS), the practice of burning is mainly related to the renewal of pasture and agriculture. Although the RS is not the state with the highest incidence of fires in Brazil, hundreds of fire focuses are identified by satellite data annually. The use of remote sensing data to identify burning areas has been used for decades with the development of new algorithms. One technique that has been used consists in obtaining the Fire Radiative Power (FRP) from remote sensing data. The FRP is a measure of the radiant energy released in the process of burning biomass. Studies have shown that the FRP has a positive linear relationship with the biomass in the combustion process, allowing to generate coefficient values biomass consumption.The knowledge of the values of these coefficients can determine the total biomass burned when multiplied by FRP obtained by remote sensors at the time of passage of the satellite, in near real time. The determination of the coefficients of consumption, in turn, depends on the type of plant subject to burning. Due to the small amount of data on fires in the RS, the objective of this study is to estimate the coefficient of biomass consumption by burning Campos grassland in RS, by using the FRP obtained from MODIS (from the product MYD14 - Thermal Anomalies / Fire products) and field biomass data. The chosen study area was André da Rocha, for having fires focus identified by MODIS and data from biomass often burned. Experiment data in situ of the fire behavior in campos grassland in RS were also been obtained. The scar burned area was identified and quantified from the use of a Landsat scene. Data of the field and the burned scar area allowed to obtain the average rate of consumption of biomass, and FRP values from MODIS allowed to obtain the average value of the FRP in the study area. The coefficient value was calculated from the linear relationship between these two parameters. The coefficient of consumption obtained was 0.24 kg/MJ, a result close to that found by other authors. The methodology used in this study differs from the method used in previous studies. Anyway the data is a preliminary estimate for new studies and field experiments.

No presente trabalho é apresentado um estudo do efeito da diluição com inertes sobre as características da transferência de calor por radiação em chamas laminares não pré-misturadas de metano. O trabalho também apresenta um estudo sobre a modelagem do fluxo radiativo proveniente de chamas turbulentas visando à obtenção de fatores de ponderação para o modelo das múltiplas fontes pontuais. Em ambos os estudos, a distribuição do fluxo radiante é obtida através de medições ao longo do eixo da chama e os valores de fração radiante são calculados a partir da integração dessa distribuição. É mostrado qualitativamente que a adição de gás inerte ao combustível propicia a inibição da formação de fuligem. É mostrado quantitativamente que a adição de gás inerte pode reduzir ou ampliar a fração radiante da chama, dependendo do tipo de gás, dos níveis de diluição e do tempo de residência característico da chama. São reportados valores para os fatores de ponderação utilizados no modelo de múltiplas fontes pontuais obtidos experimentalmente a partir de medições nas chamas. O formato da curva formada pelos fatores de ponderação é semelhante para os diferentes níveis de diluição com gás carbônico. A utilização desses fatores de ponderação no modelo de múltiplas fontes pontuais apresenta resultados satisfatórios em comparação com a distribuição dos fluxos radiativos medidos ao longo do eixo da chama. / In this work it is presented a study of the effect of fuel dilution with inerts on the radiative heat transfer characteristics of laminar non premixed methane flames. A study on the radiative flux distribution from turbulent flames is conducted in order to obtain weighting factors for the model of multiple point sources. The distribution of radiative heat flux is obtained by measuring the fluxes along the axis of the flame and the radiant fraction is calculated by the integration of such distribution. It is qualitatively shown that the addition of inert gas in the fuel leads to the inhibition of soot formation. It is quantitatively shown that the addition of inert may decrease or increase the radiant fraction depending on gas type, dilution levels and characteristic residence times of the flame. It is also reported values for the weighting factors used in the model of multiple point sources experimentally obtained from measurements. The shapes of the curves formed by the weighting factors are similar for the different dilution levels of carbon dioxide. The use of these weighting factors in the multi-point source model shows satisfactory results in comparison to the distribution of radiative fluxes measured along the flame axis.

abstract: Current policies subsidizing or accelerating deployment of photovoltaics (PV) are typically motivated by claims of environmental benefit, such as the reduction of CO2 emissions generated by the fossil-fuel fired power plants that PV is intended to displace. Existing practice is to assess these environmental benefits on a net life-cycle basis, where CO2 benefits occurring during use of the PV panels is found to exceed emissions generated during the PV manufacturing phase including materials extraction and manufacture of the PV panels prior to installation. However, this approach neglects to recognize that the environmental costs of CO2 release during manufacture are incurred early, while environmental benefits accrue later. Thus, where specific policy targets suggest meeting CO2 reduction targets established by a certain date, rapid PV deployment may have counter-intuitive, albeit temporary, undesired consequences. Thus, on a cumulative radiative forcing (CRF) basis, the environmental improvements attributable to PV might be realized much later than is currently understood. This phenomenon is particularly acute when PV manufacture occurs in areas using CO2 intensive energy sources (e.g., coal), but deployment occurs in areas with less CO2 intensive electricity sources (e.g., hydro). This thesis builds a dynamic Cumulative Radiative Forcing (CRF) model to examine the inter-temporal warming impacts of PV deployments in three locations: California, Wyoming and Arizona. The model includes the following factors that impact CRF: PV deployment rate, choice of PV technology, pace of PV technology improvements, and CO2 intensity in the electricity mix at manufacturing and deployment locations. Wyoming and California show the highest and lowest CRF benefits as they have the most and least CO2 intensive grids, respectively. CRF payback times are longer than CO2 payback times in all cases. Thin film, CdTe PV technologies have the lowest manufacturing CO2 emissions and therefore the shortest CRF payback times. This model can inform policies intended to fulfill time-sensitive CO2 mitigation goals while minimizing short term radiative forcing. / Dissertation/Thesis / M.S. Civil and Environmental Engineering 2013

De nombreuses études, aussi bien expérimentales que théoriques, ont été menées pour l'industrie électrique afin de comprendre et d'être capable de prédire les mécanismes intervenant lors d'une coupure électrique par arc. Ces études ont montré la grande diversité et complexité des phénomènes physiques et chimiques mis en œuvre. L'arc électrique créé juste après la séparation des contacts est poussé par les forces électromagnétiques vers une zone d'extinction. Durant son développement et sa propagation, l'énergie lui est fournie par effet Joule et est dissipée par différents modes de transfert thermique. Son expansion rapide induit des effets de compressibilité avec la propagation d'ondes de pression. Le rayonnement intense du plasma créé, ainsi que les phénomènes aux pieds des électrodes, induisent une ablation des parois qui change la composition chimique du milieu et rend plus complexe la modélisation de l'ensemble des phénomènes couplés par hydrodynamique, électromagnétisme, transferts thermiques et diffusion d'espèces chimiques en régime fortement instationnaire. Le rôle du transfert radiatif est primordial dans la mesure où, d'une part, il conditionne le champ de température et donc les propriétés de transport, notamment électriques, et, d'autre part, participe pour une grande part à la thermo-dégradation des parois.La modélisation de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques a beaucoup progressé durant les vingt dernières années mais le calcul du transfert radiatif demeure un point bloquant dans l'avancement des méthodes de modélisation.En effet, le champ de rayonnement est caractérisé par une luminance qui dépend de la longueur d'onde, de la position spatiale, de la direction de propagation, ainsi que du temps au travers ici des variations des champs de température et de la composition chimique.La prise en compte rigoureuse de toutes ces dépendances demeure inaccessible à l'heure actuelle pour des simulations complètes d'extinction d'arc, en particulier à cause de la complexité des spectres d'émission et d'absorption des milieux plasmas. Le recours à des modèles approchés pour le traitement spectral et/ou pour les dépendances géométriques et directionnelles est nécessaire.Ce travail a été mené en collaboration entre le Laboratoire EM2C et la société Schneider Electric. Il fait suite à des travaux de collaboration antérieurs dont l'objectif était la détermination des propriétés radiatives fondamentales des plasmas d'arc (Thèse S. Chauveau).Le but principal du présent travail est de développer des modèles approchés mais précis, ainsi que des outils de simulation numérique avec différents degrés de finesse, pour le calcul du champ de puissance radiative et des flux pariétaux dans des chambres de coupure électrique basse tension. Les modèles et outils développés doivent être implémentés dans des codes de simulation hydrodynamique dédiés soit à des géométries bidimensionnelles simplifiées, soit à des géométries industrielles complexes et tridimensionnelles. Ces outils doivent Les études expérimentales menées sur des maquettes représentatives des dispositifs industriels montrent la présence de vapeurs plastiques et métalliques dues à l'ablation et à l'érosion des parois. La composition chimique change par ailleurs fortement avec le temps entre la naissance et l'extinction de l'arc électrique. Bien que les modèles développés ici puissent être adaptés à cette composition chimique complexe, nous supposerons tout le long de ce travail que le milieu gazeux est un plasma d'air à l'équilibre thermique et chimique local. / Non fourni.

La prédiction de l'émission infrarouge des jets de propulseurs composites aluminisés nécessite principalement trois étapes : le calcul des grandeurs aérothermochimiques du jet, la conversion de ces grandeurs en propriétés optiques (coefficient d'absorption, coefficient de diffusion, fonction de phase) puis la résolution de l'équation de transfert radiatif. Cette thèse,essentiellement consacrée à cette troisième étape, propose de nouvelles voies pour l'application des modèles de bande aux cas de milieux biphasiques et diffusants.D'une part, nous avons étendu ces modèles aux cas de milieux caractérisés par un déséquilibre thermique entre gaz et particules. D'autre part, nous avons proposé une méthode de séparation de la luminance en deux contributions, appelées respectivement non diffusée et diffusée, à partir d'une idée originale de Liu et al. La contribution non diffusée est solution de l'équation de transfert radiatif obtenue en ignorant les effets de la diffusion. Par conséquent, elle peut être résolue par une formulation en modèles de bande. Cette approche permet de réduire les erreurs de corrélations spectrales au seul terme de luminance diffusée.Nous avons montré l'intérêt de ces approches par comparaison avec une résolution de l'équation de transfert radiatif en raie par raie, sur des milieux représentatifs de situations de télédétection de jets. / Prediction of infrared emission of exhaust plumes from aluminized composite rocket, follows mainly three steps : calculating aero-thermo-chemical values in the plume, converting those valuesto optical properties (absorption coefficient, scattering coefficient and phase function) and resolving the radiative transfer equation. This thesis is mostly devoted to this third step, and proposes new ways to use band models on two-phases and scattering media.Firstly, we extended band models to cases with thermic non equilibrium between gas and particles. Secondly, we proposed a method consisting in splitting radiance in two parts, one called un-scattered and the other scattered, from an original idea of Liu et al. The un-scattered part is solution of the radiative transfer equation obtained by ignoring scattering. As a result, the unscattered radiance can be found by using band models. By this approach, errors on spectral correlations are only present on the scattered radiance.We show the interest of thoses approches by comparing them with a line by line resolutionof the radiative transfer equation, on media representative of remote sensing cases of rocket exhaust plumes.