Many daily life products consist of mixtures of oil and water. When an immiscible material is dispersed an interface in-between the two phases is created which gives rise to rheological phenomena which can be exploited for product formulation; this is the case in products such as hand-creams and food products. Furthermore emulsions are used to transport hydrophobic materials, for example, many pharmaceuticals are injected as emulsions into the bloodstream. The performance of such products depends on their microstructure, which is determined by its formulation and how its constituents are mixed together; therefore the microstructure depends on the properties of the dispersed phases, the emulsifier used, the equipment used and its processing conditions. Emulsified products are seldom mono-dispersed due to the complex drop breakup mechanism in the turbulent fields inside the equipment in which the phases are forced together. The chaotic breakup mechanism of highly viscous dispersed phases yield complex and broad drop size distributions (DSD) as a result of the dominating viscous cohesive stresses inside the parent drop. Former studies have used the Sauter mean diameter and/or the size of the largest drop as the characteristic measure of central tendency of the DSD to correlate their results and to prove mechanistic or phenomenological models; however these parameters in isolation are insufficient to characterise the whole DSD of highly polydisperse emulsions. In this dissertation a vast amount of silicon oils of different viscosity were used as dispersed phase to study the effect of various processing conditions and formulations on the resulting DSD. The effect of several formulation and processing parameters were studied for two different mixing devices: stirred vessels and in-line high-shear mixers. (1) For stirred vessels, the effect of stirring speed, continuous phase viscosity and dispersed phase volume fraction were studied in combination with the viscosity of the dispersed phase for steady-state systems. (2) For in-line high-shear mixers a model that links batch and multi-pass continuous emulsification for multimodal DSD was derived from a transient mass balance. Processing parameters such as time and volume, flow rate and number of passes through the mixer, and stirring speed were studied for a wide dispersed phase viscosity range. The analytical methodology implemented included the use of one or more probability density functions to describe the shape of the DSD. The models proposed gave reasonable approximations of the Sauter mean diameter and allowed to study the drop size changes and the relative amount of different types of drops resulting from different breakup mechanisms.

<div>This dissertation presents a strategy that incorporates nature and bio-inspired shapes to redesign turbine airfoils and stator-rotor rim seal cavity.</div><div><br></div><div>The first objective consists of the development of tools to optimize the turbine velocity triangles and then the 3D shape using 75 parameters. Design trends that minimize loss in the stator and rotor were discussed. The second objective expands on the first by incorporating wavy structures at the leading and trailing edges as well as the suction side mimicking design features of seal whiskers and tubercles of a whale. The airfoils were optimized to maximize the efficiency of a highly loaded high-pressure turbine at positive incidence.</div><div><br></div><div>The last objective addressed the design of the cavity to reduce cooling massflow and protect the turbine platform. A novel strategy was proposed to assess and optimize the shape of the cavity. In an attempt to simply the problem and identify the main physical phenomena, a slice of the flow was examined by considering a purely a 2D case in the relative frame of reference. This simplification enabled the cavity to be optimized in 2D using a geometry inspired by the meandering of rivers. The optimization produced designs that reduce the heat flux in the rear rotor platform and are less sensitive towards variations in gap and cavity total pressure. The methodology was demonstrated in 3D rotating cavity and later in a full turbine stage configuration. The strategy and design tools developed in this dissertation seek to provide understanding of the effects of bio-inspired shapes on turbine blades and lay the foundation for future experimental research into cavity flows.<br></div>

L'utilisation de revêtements abradables pour assurer l'étanchéité dynamique des turboréacteurs est une solution répandue qui permet d'augmenter la fiabilité et le rendement aérodynamique des turboréacteurs. En fonctionnement, des touches inévitables entre le revêtement et le bout d'aubes de rotor peuvent être à l'origine d'une usure excessive du revêtement abradable et/ou de la rupture d'aube. La simulation numérique de tels incidents butte sur un manque de connaissance des interactions aube/carter et des forces mises en jeu au contact, forces qui résultent notamment de couplages entre le frottement, l'usure du revêtement et des phénomènes vibratoires.Cette thèse a pour objectif de mieux appréhender les mécanismes d'interaction entre l'aube et le revêtement abradable. Elle résulte d'une collaboration entre l'ONERA de Lille et le Laboratoire de Mécanique de Lille et concerne le revêtement de type Al-Si/hbN (Metco 320NS), couramment utilisé dans les compresseurs à basse pression.Les propriétés physico-chimiques et le comportement mécanique - notamment en dynamique - du revêtement abradable sont étudiés. Compte-tenu d'une asymétrie du comportement en traction et en compression, l'exploitation en corrélation d'images numériques d'un essai original inspiré de l'essai Brésilien permet de rendre compte des mécanismes de dégradation. Le comportement tribologique est étudié sur tribomètre dans différentes configurations de contact. L'interaction entre l'aube et le revêtement ainsi que les couplages avec les vibrations d'aube sont investigués et caractérisés dans une configuration simplifiée et fortement instrumentée, sur un banc rotatif spécifique développé à l'ONERA de Lille

A stator turn fault in a safety-critical drive application must be detected at its initial stage and imperatively requires an evasive action to prevent a serious accident caused by an abrupt interruption in the drive s operation. However, this is much challenging for the case of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives because of the presence of the permanent magnets that cannot be turned off at will. This work tackles the problem of increase the stator turn fault tolerance of IPMSM drives in safety-critical applications. This objective is achieved by an on-line turn fault detection method and a simple turn fault-tolerant operating strategy. In this work, it is shown that a stator turn fault in a current-controlled voltage source inverter-driven machine leads to a reduced fundamental positive sequence component of the voltage references as compared to the machine without a turn fault for a given torque reference and rotating speed. Based on this finding, a voltage reference-based turn fault detection method is proposed. In addition, it is also revealed that an adjustment to the level of the rotating magnetic flux in an appropriate manner can yield a significant reduction in the propagation speed of the fault and possibly prevention of the fault from spreading to the entire winding. This would be accomplished without any hardware modification. Based on this principle, a stator turn fault-tolerant operating strategy for IPMSM drives maintaining drive s availability is proposed. To evaluate these turn fault detection method and fault-tolerant operating strategy, an electrical model and a thermal model of an IPMSM with stator turn faults are derived. All the proposed models and methods are validated through simulations and experiments on a 10kW IPMSM drive.

Cette thèse décrit le développement d'une nouvelle génération de moteurs électriques spécifiquement dédiés à la propulsion de drones miniatures (< 70 cm d'encombrement). L'étude expérimentale de chaque élément de la chaîne (batteries, contrôleur, moteur, hélices) a permis, d'une part, d'estimer les besoins énergétiques de chacun, et d'autre part, de mettre en évidence le besoin de concevoir un moteur léger et possédant un fort couple à basse vitesse pour entraîner une grande hélice (diamètre 50 cm) directement (sans réducteurs).Le moteur étudié est un moteur synchrone possèdant un rotor planaire à aimants permanents entre deux stators planaires à bobinages triphasés double-couche. Après avoir complété le modèle électrique de base par un modèle de pertes aérodynamiques et de pertes par courants de Foucault, le dimensionnement du moteur s'est effectué avec les logiciles Pro@Design et CDI_Optimizer qui permettent un dimensionnement pour des problèmes multi-physiques fortement contraints. Deux prototypes ont été construits (diamètres 50 mm et 70 mm), devant fournir 28 W mécanique et dimensionnés pour un entrefer de 50 µm. Pour des raisons mécaniques, leur caractérisation s'est effectuée à entrefer 500 µm. Elle a permis de valider le modèle établi en vérifiant les résultats théoriques obtenus à cet entrefer pour ces deux prototypes. Dans la perspective d'obtenir de meilleurs performances que les petits moteurs électriques actuels pour des masses globales similaires, un redimensionnement est nécessaire à des entrefers plus grands (500 µm) et avec une multiplication du nombre de conducteurs par phase et par pôle (réduction de l'effet des courants de Foucault).

L'objet de cette étude est de mieux formaliser et modéliser de façon générique le processus de structuration d'un produit par le procédé de foisonnement, en reliant les paramètres opératoires aux propriétés des mousses formées et de contribuer ainsi à un meilleur pilotage de l'opération. Une ligne de foisonnement par battage en continu a été instrumentée et l'évolution du diamètre des bulles en fonction des paramètres du produit et du procédé a été suivie pour des milieux modèles newtoniens et rhéofluidifiants. L'analyse dimensionnelle à l'échelle du procédé a permis d'aboutir à un modèle physique de l'opération, et donc d'avoir une compréhension des phénomènes en présence. Elle a aussi permis d'intégrer les paramètres du produit et du procédé et de simplifier la représentation des résultats expérimentaux. Enfin, la cohérence de ce modèle avec d'autres issus de la littérature et une première approche de validation avec un produit réel, semble justifier son caractère générique.

The main purpose of this research - to investigate the mechanical and working characteristics of single - phase induction motor with asimmtrical stator. The other purpose - to evaluate single phase motor use with frequensy transformer.

Malgré les progrès faits dans les dernières décennies en CFD, les techniques RANS instationnaires pour les turbomachines multi-étages sont toujours très couteuses en temps de calcul, réduisant leur intérêt en conception industrielle. Grâce à une analyse de Fourier, les équations instationnaires de Navier-Stokes peuvent être considérées comme 2N+1 équations stationnaires couplées par un terme source. Cette approche calcule efficacement les écoulements instationnaires périodiques et montre de forts gains en terme de temps de calcul. Cependant, l'expression du terme source est algébrique, ce qui provoque des difficultés dans le calcul de l'inverse de la transformée de Fourier directe. Afin d'améliorer la robustesse et la précision de la méthode, une approche basée sur un échantillonnage temporel non-uniforme est adoptée. Pour réduire le domaine de calcul à un unique passage inter-aube des conditions aux limites de chrochronicité sont développées. Dans un premier temps, un rotor et un stator sont simules avec en une entrée du domaine de calcul une injection qui modélise le sillage de la roue directrice d'entrée. Ainsi, deux fréquences fondamentales sont vues par le rotor. L'influence du contenu fréquentiel dans le rotor (i.e. le nombre d'harmoniques de la fréquence de passage des roues et leurs combinaisons) est analysée. Les résultats sont valides contre ceux obtenus avec des simulations instationnaires classiques. Ensuite, la méthode est appliquée a deux compresseurs industriels, le compresseur transsonique ECL4 et le compresseur d'étude CREATE.

iv In this thesis, numerical solutions of a 2D stator compressor cascade at a given inlet Mach number (0.7) and four values of incidence (49&deg / , 51&deg / , 53&deg / and 55&deg / ) are obtained. Reynolds averaged, thin layer, compressible Navier Stokes equations are solved. Different grid types have been generated. Finite differencing approach and LU - ADI splitting technique are used. Three block parallel Euler and Navier Stokes solutions are compared with the experimental results. Baldwin-Lomax turbulence model is used in the turbulent predictions and boundary layer comparisons and numerical results are in good agreement with the experiment. On the last part of the study, a rotor wake in the inlet flow has been introduced in the steady and unsteady analyses. The influence of this wake and the wake location in the inlet flow, to the total force and pressure is presented. The results have been showed that there is a relationship between the wake position and the incidence value of the case.

Este trabalho tem por objetivo a utilização do núcleo de estator de uma máquina elétrica construído a partir do processo da Metalurgia do Pó utilizando a liga ferro com 2% fósforo (Fe2%P). O núcleo obtido substitui o núcleo comercial (laminado) do gerador síncrono de imãs permanentes com potência de 1kW. O gerador elétrico utilizado no trabalho é encontrado em geradores eólicos de pequeno porte. Esta máquina elétrica é um gerador com fluxo axial excitado através de imãs permanentes, sendo nomeada de Torus por utilizar um núcleo em formato toroidal. Foram realizados ensaios de rendimento do gerador em bancada com ambos os núcleos, comercial e o concebido a partir de metalurgia do pó. Com estes ensaios foi possível a comparação do desempenho da máquina com os dois núcleos. O núcleo do estator obtido pelo processo de metalurgia do pó obteve rendimentos elétricos equivalentes ao da máquina utilizando núcleo comercial, porém durante o teste em vazio o gerador com núcleo de Fe2%P apresentou uma potência mecânica de acionamento superior a máquina utilizando núcleo comercial. A máquina com núcleo comercial possui uma eficiência geral de no mínimo oito por cento superior a máquina que utiliza núcleo do estator com Fe2%P. / The purpose of this paper is to use the stator core of an electrical machine built from the Powder Metallurgy process using iron alloy with 2% (Fe 2% P). The core obtained replaces the commercial core (laminated) of the synchronous generator with permanent magnet power of 1kW. The electric generator used at work is found in small wind generators. This electric machine is a generator with an axial flow excited by permanent magnets that have been named Torus for using a core in the toroidal format. Bench Generator performance tests were conducted with both the commercial and the powder metallurgy designed cores. With these tests, a comparison between the machine’s performance and both cores was possible. The stator core obtained by the powder metallurgy process achieved an electrical performance equivalent to that of the machine using the commercial core, however, during the no load test, the generator with the Fe2% P core presented a higher mechanical power drive to that of the machine using the commercial core. The machine with a commercial core has an overall efficiency of at least eight per cent higher than that of the machine that uses the stator core with Fe2%P.