La compréhension des écoulements multiphasiques dans les évaporateurs à mini-canaux est primordiale pour la performance des boucles de climatisation dans le secteur automobile notamment. Cette thèse s’est principalement intéressée à l’écoulement d’entrée de tels évaporateurs ainsi qu’à la répartition des phases dans les mini-canaux. Dans un premier temps, l’écoulement adiabatique diphasique en entrée d’évaporateur a été étudié. Un dispositif expérimental transparent, respectant au mieux la géométrie d’entrée de l’évaporateur, a été réalisé afin de reproduire l’écoulement diphasique d’entrée en eau-air mais en respectant les régimes d’écoulement rencontrés avec du R134a. Plusieurs techniques de caractérisation ont été mises en œuvre (visualisation, conductimétrie, tube de Pitot et prises de pression) afin de quantifier les pertes de pression, les épaisseurs de film et les vitesses du gaz dans un régime principalement annulaire. Suivant le même principe, un autre module en acier-inox a été développé pour caractériser l’écoulement directement en entrée d’évaporateur avec du réfrigérant R134a. Dans un second temps, nous avons étendu l’étude au cas d’un évaporateur compact à mini-canaux. Dans deux situations adiabatiques : monophasique (eau) et diphasique (eau-air), les pertes de pression, la répartition des phases le long de l’évaporateur et le régime d’écoulement dans les mini-canaux ont été étudiés sur un échangeur fabriqué en polycarbonate dont la géométrie s’approche au mieux de celle d’un échangeur réel. Les nombreux résultats ainsi obtenus constituent une base de données conséquente utile à la simulation numérique de ce type d'écoulements diphasiques / Understanding of multiphase flows in mini-channel evaporators is essential for the performance of air-conditioning systems, particularly in automotive sector. This thesis is mainly interested in behavior of inlet flow and phase distribution in the mini-channels. Initially, an adiabatic two-phase flow at the evaporator's inlet was studied. A transparent experimental apparatus with the same geometry as an evaporator's inlet has been designed. This test section helped us to reproduce the same flow regimes with air-water as flow regimes encountered with R134a in an evaporator. Several characterization techniques were used (visualization, conductance probes, Pitot tube and pressure taps) to determine pressure losses, liquid film thickness and gas velocity in a predominantly annular flow regime. Following the same principle, another experimental facility in stainless steel was developed to directly characterize the R134a flow at the evaporator's inlet. Finally, we have extended the study to the case of a compact evaporator in two adiabatic situations: single-phase (water) and two-phase (air-water). Pressure losses, phase distribution along the evaporator and flow regime in mini-channels were studied on an evaporator made of transparent materials (polycarbonate) with a close geometry to that of a real evaporator. Numerous results were obtained to provide a consistent database that would be useful for numerical simulation of this type of two-phase flows

L'expérience JUNO est une expérience basée sur un détecteur à scintillateur liquide ayant pour objectif principal de déterminer la hiérarchie de masse des neutrinos. JUNO atteindra une sensibilité de trois écarts standards en 6 ans, avec une résolution en énergie sans précédent, meilleure que 3% à 1MeV. Le détecteur central de JUNO est un détecteur à scintillateur liquide de 20 kilotonnes, construit avec une couverture de photocathode élevée (78%) et une bonne transparence. La couverture de photocathode est assurée par 18000 photomultiplicateurs de 20 pouces et 25000 de 3 pouces, ce qui permet d'atteindre un rendement d'environ 1200 photoélectrons par MeV. Malgré les 700m d'épaisseur de roche protégeant le détecteur des rayonnements cosmiques, le bruit de fond induit par les muons atmosphériques est toujours considéré comme non négligeable par rapport au signal attendu pour la détermination de la hiérarchie de masse. Pour faire face à ce bruit de fond, un détecteur appelé "Top Tracker" permet d'améliorer la détection de ces muons. Cette thèse concerne les travaux d'optimisation pour cette expérience actuellement en cours de construction, et dont les prises de données commenceront en 2021.Pour les photomultiplicateurs de 20 pouces, deux nouvelles géométries de concentrateurs de lumière sont étudiées afin de vérifier leurs performances pour augmenter le rendement photoélectronique et donc la résolution en énergie de JUNO. La distribution spatiale et le schéma de câblage des photomultiplicateurs de 3 pouces font aussi l'objet d'études pour assurer une performance optimale du système.Cette thèse aborde ensuite la conception du système de déclenchement du Top Tracker. En effet, ce détecteur doit posséder un tel système pour rejeter les signaux produits par la radioactivité naturelle dans la caverne. Les résultats montrent qu'un système à 2 niveaux doté d'algorithmes optimisés est efficace pour la suppression de ces signaux et qu'il est ainsi possible d'obtenir une efficacité de détection des muons de 93%. Une discussion sur la contribution du Top Tracker à la suppression et à la mesure du bruit de fond induit par les muons atmosphériques est également incluse. / The JUNO experiment is a multi-purpose liquid scintillator neutrino experiment with the main objective of determining the neutrino mass hierarchy (nuMH) with a significance better than 3sigma. To achieve this goal, it is crucial that JUNO has an unprecedented energy resolution of 3% at 1 MeV. Therefore, the JUNO Central Detector (CD) will be built with 20000 ton high transparency liquid scintillator and high photomultiplier tube (PMT) photocathode coverage of 78%, which is provided by 18000 20"-PMTs (LPMTs) and 25000 3"-PMTs (SPMTs). At the same time, the background induced by atmospheric muons should be vetoed by using reconstructed muon tracks. The Top Tracker (TT) is a muon tracker installed on top of the CD for precise muon tracking.This thesis details firstly the optimisation of the LPMT and the SPMT systems, which are directly related to the antineutrino calorimetry. New designs of light concentrator tailored for the JUNO LPMT are studied in order to verify their performance on increasing the JUNO photoelectron yield. By comparing different configurations, the relation between the SPMT system performance and the non-uniform distribution of the SPMT emplacements is studied, and the scheme used for cabling between SPMTs and their Under Water Boxes (UWBs) is studied to ensure a minimal performance degradation in case of UWB failure.Afterwards, this thesis reports on the design and optimisation of the TT trigger algorithms. Due to the background induced by natural radioactivity in the JUNO cavern, the TT cannot work correctly without a trigger system. The results show that a 2-level trigger with the optimised trigger algorithm is effective for the background suppression and thus a muon detection efficiency of 93% can be achieved.A discussion about the TT contribution to the suppression and the measurement of the atmospheric muon-induced background, is also included.

Flow distribution has big importance in equipment with limited tube rows because it provides correct operation and sometimes specific flow distribution for technology purposes is needed. This thesis is focusing on flow analysis in these units using computational fluid dynamics (CFD). For analysis of such systems models with varying tube rows and varying perforated segment lengths were created. Analysis showed significant impact of flow manifold layout along with tube layout and number of tubes. Simplified 1D model using static pressure regain coefficient was created which provides much shorter computational times. Comparison of 1D and CFD models was made to determine field of their usage.

The master's thesis summarizes the theory of flow measurement by differential pressure sensors, especially by Normalized Orifice, and summarizes theory concerning Averaging Pitot Tube. It is briefly described LabVIEW programming environment and flow measuring track for which the software was developed. The thesis describes creation of concept of program and in particular its final realization. The program provide observing actual events on measuring track, saving data to file, detail analysis of stored data and creation of measurement report. The main objective is to determine the Averaging Pitot Tube coefficient.

Résumé : Le métabolisme monocarboné ou métabolisme 1-C désigne l’ensemble des voies métaboliques permettant la synthèse et / ou le recyclage de molécules donneur de groupement monocarboné au cours des réactions de méthylation. L’objectif de ce travail était d’évaluer l’implication des métabolismes de la choline, de la phosphatidylcholine (PC) et de la bétaïne dans la physiopathologie des désordres impliquant le métabolisme 1-C en période prénatale et postnatale. Nous avons montré une augmentation progressive de l’expression de la majorité des gènes impliqués dans le métabolisme 1-C au cours de l’ontogénèse hépatique murine, tandis que les leur expression était plus faible avec des profils plus variable au niveau cérébral. Chez l’homme, les valeurs normales des concentrations des intermédiaires du métabolisme 1-C dans le liquide amniotique (LA) en fonction du terme gestationnel ont été déterminées pour tous les paramètres et les concentrations de S-adénosyl-homocystéine et de méthionine étaient augmentées dans les LA du groupe affecté par des défauts de fermeture du tube neural (DFTN) suggérant que certains cas de DFTN pourraient être associés à des déséquilibres du métabolisme 1-C. En post natal, nous avons montré à la fois chez l’homme et l’animal, que les hyperhomocystéinémie d’origine nutritionnelles ou génétiques induisaient une déplétion en bétaïne, épargnant uniquement le rein où elle est un osmolyte majeur. Dans un modèle murin de déficit en cystathionine–beta synthase induisant une hyperhomocystéinémie, une technique de lipidomique ciblée a montré au niveau hépatique des modifications qualitatives des phospholipides (PLs) avec une diminution des PC contenant des acides gras insaturés et des phosphatidyléthanolmines contenant de l’acide arachidonique. Ces modifications des PLs pourraient jouer un rôle dans la constitution de la stéatose hépatique observée dans l’histoire naturelle de cette maladie. En conclusion, ce travail a permis de montrer que la choline, la bétaïne et les PC sont des acteurs indissociables du métabolisme 1-C qui pourraient être impliqués dans la physiopathologie des DFTN et dans les hyperhomocystéinémies. Ils pourraient également être impliqués dans la physiopathologie des stéatoses hépatiques non alcooliques ou des déficits cognitifs, dans lesquels des désordres du métabolisme 1-C ont été observés. / Abstract: One carbon metabolism or 1C metabolism includes all metabolic pathways for the synthesis and / or recycling of molecules involved in methylation reactions. The objective of this study was to evaluate the involvement of choline, phosphatidylcholine (PC) and betaine metabolisms in the pathophysiology of diseases with impaired 1-C metabolism in prenatal and postnatal period. We showed a progressive increase of the expression of the majority of genes involved in 1-C metabolism during the mouse liver ontogeny while their gene expression was at lower levels and with more variable patterns during brain ontogeny. In humans, amniotic fluid concentrations of all intermediates of 1-C metabolism according to gestational term were determined and we observed increased concentrations of S-adenosyl-homocysteine and methionine in pregnancies affected by neural tube defects (NTD) suggesting that some NTDs cases could be associated with an imbalance in 1-C metabolism. In the postnatal period we showed that both in animal and humans and both in nutritional and genetic hyperhomocysteinemia, that betaine pools were decreased, only sparing the kidney betaine concentrations, where betaine acts as an essential osmolyte. In a mouse model of cystathionine-beta synthase deficiency inducing hyperhomocysteinemia, a technic of targeted lipidomic revealed qualitative changes in the liver phospholipids composition, in particular a decrease of PC containing unsaturated fatty acids and of phosphatidylethanolamine containing arachidonic acid and an increase of phosphatidylethanolamine containing docosohaexaenoic acid. This phospholipids remodelage may participate in the development of the steatosis observed in the natural history of this disease. In conclusion, this study has shown that choline, betaine and phosphatidylcholine are essential actors of 1-C metabolism that could be involved in the pathogenesis of NTD and hyperhomocystéinemia. They could also be involved in the pathophgysiology of non alcoholic fatty liver disease or cognitive decline, in which disorders of 1-C metabolism were observed.

Introduktion: Anestesisjuksköterskor arbetar inom flera olika delar av sjukvården. Tack vare deras kunskaper om luftvägar och omhändertagande av kritiskt sjuka patienter så anställs anestesisjuksköterskor inom olika prehospitala verksamheter så som exempelvis resursenheter. Vid plötsliga hjärtstopp är upprättandet av en fri luftväg kritiskt. Detta görs vanligen genom användandet av olika medicintekniska hjälpmedel som larynxmask eller endotrachealtub. De respektive hjälpmedlen har olika styrkor och svagheter som är väl studerade, men upplevelser av att använda dessa metoder finns det lite forskning om. Syfte: Syftet med studien var att studera anestesisjuksköterskans upplevelser av att använda larynxmask och endotrachealtub vid plötsliga hjärtstopp utanför sjukhuset. Metod: En kvalitativ induktiv enkätstudie med öppna semistrukturerade frågor genomfördes för att fånga användarnas upplevelser av skillnader mellan dessa metoder av luftvägshantering. 14 anestesisjuksköterskor med minst två års erfarenhet samt erfarenhet av att arbeta prehospitalt deltog i studien. Deltagarna arbetar i tre regioner vilka har stora skillnader i resurser och arbetsrutiner. Resultat: Larynxmask var mest använt, trots att nästan alla deltagare föredrog att ha patienten intuberad. Orsaken till att laynxmasken användes trots att deltagarna föredrog att patienten skulle ha en endotrachealtub varierade något men hade flera gemensamma faktorer så som tidsåtgång och enkel användning. / Introduction: Nurse anesthesias work in different parts of healthcare. In various prehospital activities and different resource units these specialist nurses are often hired for their knowledge of the airways and critical patients. In case of sudden cardiac arrest, the establishment of a free airway is critical. This is usually done using various medical aids such as a laryngeal mask or endotracheal tube. These have their different strengths and weaknesses that are well studied, but there is little research on experiences of using these methods. Aim: The aim of the study was to study anesthesia nurses' experiences of using a laryngeal mask and endotracheal tube in sudden cardiac arrest outside the hospital. Method: A qualitative inductive survey with open semistructural questions, was done to capture the users’ experiences of the differences between these methods of airway management. This study included 14 nurse anesthetists, with at least 2 years of experience and experience of working in a prehospital setting. Participants from three regions participated, those regions differ in resources and ways of working routines. Result: The laryngeal mask is most commonly used, even though almost all participants prefer to have an intubated patient. The reasons for that varies between the participants but have several common factors such as time of application and ease of use.

Les systèmes d'imagerie à rayons X (RX) sont des appareils volumineux et contraignants en termes de contrôle du faisceau. L'industrie des tubes électroniques est donc à la recherche de solutions pour assurer la stabilité du courant tout en permettant la miniaturisation du système.Ce travail opte pour l'amélioration de la source d'électrons, en remplaçant l'émission thermoïonique historique par l'émission de champ. En particulier, les cathodes froides à base de nanotubes de carbone possèdent l'avantage de pouvoir délivrer de forts courants (>1A/cm^2), tout en ayant un faible temps de réponse.A travers le développement d'une structure innovante de cathodes à nanotubes de carbone à grille intégrée, l'objectif de cette étude est de réaliser des sources commutables et régulées, pour des sources de rayons X miniatures, portables ou polyvalentes.La modélisation électrostatique de la nouvelle structure a conduit à la fabrication de cathodes à grille optimisées, sur lesquelles est cru un réseau vertical de nanotubes de carbone. L'analyse de défaillance permet finalement d'obtenir des dispositifs isolés fiables. Leur caractérisation en émission de champ indique des performances de modulation de courant inégalées, de l'ordre de 10^6 pour +/-40V de polarisation de grille. La régulation du courant a également été démontrée avec l'obtention d'une stabilité à 0,02% sur 100 h.Pour pallier les limitations rencontrées (courant de fuite et croissance parasite), une structure de grille enterrée a été proposée avec succès, ainsi qu'une nouvelle méthode de fabrication d'émetteurs courts et fins. Ces cathodes fonctionnelles ont finalement été intégrées en tube à rayons X et ont montré pour la première fois une modulation de courant de 2000 à une haute tension fixe de 60 kV. / This work chooses to improve the electron source by replacing thermionic emission with field emission. More especially, carbon nanotubes based cold cathodes stand out by their ability to supply high currents (>1A/cm^2) while responding fast.Through the development of an innovative structure of in-plane gated carbon nanotube based cathode, this study aims at making switchable and regulated sources for miniature, portable or polyvalent X-rays sources.The electrostatic modelling of the new structure led to the fabrication of optimized gated cathodes, where a vertically aligned array of carbon nanotubes is grown. Default analysis allows to get reliable insulated devices.Field emission characterization shows unprecedented current modulation of 10^6 at +/-40V bias voltage. Current regulation is also achieved with a stability of 0.02% over 100 h.Another structure with a burried gate electrode was designed to successfully cope with leak current and parasitic growth. A new way of growing short and thin nanotubes was tackled.Finally, gated cathodes were integrated in a compact X-ray tube and showed a current modulation of 2000 at a high voltage of 60 kV.

With the increased frequency of accidental and deliberate explosions, the response of civil infrastructure systems to blast loading has become a research topic of great interest. However, with the high cost and complex safety and logistical issues associated with live explosives testing, North American blast resistant construction standards (e.g. ASCE 59-11 & CSA S850-12) recommend the use of shock tubes to simulate blast loads and evaluate relevant structural response. This study aims first at developing a 2D axisymmetric shock tube model, implemented in ANSYS Fluent, a computational fluid dynamics (CFD) software, and then validating the model using the classical Sod’s shock tube problem solution, as well as available shock tube experimental test results. Subsequently, the developed model is compared to a more complex 3D model in terms of the pressure, velocity and gas density. The analysis results show that there is negligible difference between the two models for axisymmetric shock tube performance simulation. However, the 3D model is necessary to simulate non-axisymmetric shock tubes. The design of a shock tube depends on the intended application. As such, extensive analyses are performed in this study, using the developed 2D axisymmetric model, to evaluate the relationships between the blast wave characteristics and the shock tube design parameters. More specifically, the blast wave characteristics (e.g. peak reflected pressure, positive phase duration and the reflected impulse), were compared to the shock tube design parameters (e.g. the driver section pressure and length, the driven v section length, and perforation diameter and their locations). The results show that the peak reflected pressure increases as the driver pressure increases, while a decrease of the driven length increases the peak reflected pressure. In addition, the positive phase duration increases as both the driver length and driven length are increased. Finally, although shock tubes generally generate long positive phase durations, perforations located along the expansion section showed promising results in this study to generate short positive durations. Finally, the developed 2D axisymmetric model is used to optimize the dimensions of a proposed large-scale conical shock tube system developed for civil infrastructure blast response evaluation applications. The capabilities of this proposed shock tube system are further investigated by correlating its design parameters to a range of explosion threats identified by different hemispherical TNT charge weight and distance scenarios. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Vita. / Digitized by Kansas Correctional Industries

Abstract : This project aims at the simulation, design, fabrication and testing of a microscale shock tube. A step by step procedure has been followed to develop the different components of the microscale shock tube and then combine them together to realize the final device. The document reports on the numerical simulation of flows in a microscale shock tube, the experimental study of gas flow in microchannels, the design, microfabrication, and the test of a microscale shock tube. In the first step, a one-dimensional numerical model for simulation of transport effects at small-scale, appeared in low Reynolds number shock tubes is developed. The conservation equations have been integrated in the lateral directions and threedimensional effects have been introduced as carefully controlled sources of mass, momentum and energy, into the one-dimensional model. The unsteady flow of gas behind the shock wave is reduced to a quasi-steady laminar flow solution, similar to the Blasius solution. The resulting one-dimensional equations are solved numerically and the simulations are performed for previously reported low Reynolds number shock tube experiments. Good agreement between the shock structure simulation and the attenuation due to the boundary layers has been observed. The simulation for predicting the performance of a microscale shock tube shows the large attenuation of shock wave at low pressure ratios. In the next step the steady flow inside microchannels has been experimentally studied. A set of microchannels with different geometries were fabricated. These microchannels have been used to measure the pressure drop as a function of flow rate in a steady compressible flow. The results of the experiments confirm that the flow inside the microscale shock tube follows the laminar model over the experiment's range of Knudsen number. The microscale shock tube is fabricated by deposition and patterning of different thin layers of selected materials on the silicon substrate. The direct sensing piezoelectric sensors were fabricated and integrated with microchannels patterned on the substrate. The channels were then covered with another substrate. This shock tube is 2000 µm long and it has a 2000 µm wide and 17 µm high rectangular cross section equipped with 5 piezoelectric sensors along the tube. The packaged microscale shock tube was installed in an ordinary shock tube and shock waves with different Mach numbers were directed into the channel. A one-dimensional inviscid calculation as well as viscous simulation using the one-dimensional model have also been performed for the above mentioned geometry. The comparison of results with those of the same geometry for an inviscid flow shows the considerable attenuation of shock strength and deceleration of the shock wave for both incident and reflected shock waves in the channel. The comparison of results with numerically generated results with the one-dimensional model presents good agreement for incident shock waves. // Résumé : Ce projet vise à la simulation, la conception, la fabrication et l'essai d'un tube à choc a l'échelle micrométrique. Une procédure étape par étape a été suivie pour développer les différentes composantes du tube à choc à l'échelle micrométrique, puis les assembler pour la réalisation finale du dispositif. Le document rend compte de la simulation numérique, de l'étude expérimentale de l'écoulement du gaz dans les microcanaux, de la conception, de la microfabrication, et de l'essai d'un tube à choc à l'échelle micrométrique. Dans la première étape, un modèle numérique unidimensionnel pour la simulation des effets de transport à des petites échelles dans des tubes à choc à faible nombre de Reynolds, est développé. Les équations de conservation ont été intégrés latéralement et les effets tridimensionnels ont été mis en place avec des sources bien contrôlées de masse, du moment et de l'énergie, dans un modelé à une dimension. L'écoulement non stable du gaz après le choc est réduit à un flux laminaire quasi permanent, solution similaire à la solution de Blasius. Les équations unidimensionnelles résultantes sont résolues numériquement et des simulations sont effectuées pour des expériences précédemment rapportées de tube à choc en faible nombre de Reynolds. II y a une bonne correspondance entre la structure du choc et la simulation. L'atténuation due à la couche limite a été observée. La simulation pour prédire les performances d'un tube à choc à l'échelle micrométrique a montré la grande atténuation de l'onde de choc à faible taux de pression. Dans l'étape suivante, le flux constant à l'intérieur des microcanaux a été étudié expérimentalement. Quelques microcanaux avec différentes géométries ont été fabriqués. Ces microcanaux ont été utilises pour mesurer la chute de pression en fonction du débit dans un écoulement compressible flux stable. Les résultats de l'expérience confirment que l'écoulement à l'intérieur du tube à choc à l'échelle micrométrique suit le modèle laminaire sur un large éventail de nombre de Knudsen. Le tube à choc à l'échelle micrométrique est fabrique par les dépôts et gravure des différentes couches minces de certains matériaux sur un substrat de silicium. Des capteurs piézoélectriques à détection directe sont fabriques et intégrés avec les microcanaux caïques sur le substrat. Les canaux sont ensuite recouverts d'un autre substrat. Le tube à choc est long de 2000 µm et a une section rectangulaire de 2000 µm de large et 17 µm de haut et es téquipé avec 5 capteurs piézoélectriques dans le tube. Le tube à choc à l'échelle micrométrique est installé dans un tube à choc standard afin d'entre exposés à une onde de choc avec différents nombres de Mach. Un calcul unidimensionnel inviscide ainsi que la simulation visqueuse avec le modèle unidimensionnel a aussi été effectué pour cette géometrie. La comparaison des résultats avec ceux obtenus avec la même géométrie avec avec un flux Inviscid montre une large atténuation de la force de choc et une décélération de l'onde de choc pour les deux ondes de choc incidentes et réfléchies dans le canal. La comparaison de résultats avec les résultats générés numériquement par modèle unidimensionnel pressent un bon accord pour onde de choc de l'incident.