In modern, low emission, gas turbine combustion systems the amount of air available for cooling of the flame tube liner is limited. This has led to the development of more complex cooling systems such as cooling tiles i.e. a double skin system, as opposed to the use of more conventional cooling slots i.e. a single skin system. An isothennal experimental facility has been constructed which can incorporate 10 times full size single and double skin (cooling tile) test specimens. The specimens can be tested with or without effusion cooling and measurements have been made to characterise the flow through each cooling system along with the velocity field and cooling effectiveness distributions that subsequently develop along the length of each test section. The velocity field of the coolant film has been defined using pneumatic probes, hot-wire anemometry and PIV instrumentation, whilst gas tracing technique is used to indicate (i) the adiabatic film cooling effectiveness and (ii) mixing of the coolant film with the mainstream flow. Tests have been undertaken both with a datum low turbulence mainstream flow passing over the test section, along with various configurations in which large magnitudes and scales of turbulence were present in the mainstream flow. These high turbulence test cases simulate some of the flow conditions found within a gas turbine combustor. Results are presented relating to a variety of operating conditions for both types of cooling system. The nominal operating condition for the double skin system was at a coolant to mainstream blowing ratio of approximately 1.0. At this condition, mixing of the mainstream and coolant film was relatively small with low mainstream turbulence. However, at high mainstream turbulence levels there was rapid penetration of the mainstream flow into the coolant film. This break up of the coolant film leads to a significant reduction in the cooling effectiveness. In addition to the time-averaged characteristics, the time dependent behaviour of the .:coolantfilm was. also investigated. In particular, unsteadiness associated with large scale structures in the mainstream flow was observed within the coolant film and adjacent to the tile surface. Relative to a double skin system the single skin geometry requires a higher coolant flow rate that, along with other geometrical changes, results in typically higher coolant to mainstream velocity ratios. At low mainstream turbulence levels this difference in velocity between the coolant and mainstream promotes the generation of turbulence and mixing between the streams so leading to some reduction in cooling effectiveness. However, this higher momentum coolant fluid is more resistant to high mainstream turbulence levels and scales so that the coolant film break up is not as significant under these conditions as that observed for the double skin system. For all the configurations tested the use of effusion cooling helped restore the coolant film along the rear of the test section. For the same total coolant flow, the minimum value of cooling effectiveness observed along the test section was increased relative to the no effusion case. In addition the effectiveness of the effusion patch depends on the amount of coolant injected and the axial location of the patch. The overall experimental data suggested the importance of the initial cooling film conditions together with better understanding of the possible mechanisms that results in the rapid cooling film break-up, such as high turbulence mainstream flow and scales, and this will lead to a more effective cooling system design. This experimental data is also thought to be ideal for the validation of numerical predictions.

Ce travail doctoral en arts plastiques interroge les enjeux du non perçu de nos constructions spatiales, temporelles ou physiques et propose d’observer ce qui nous échappe, mais que nous vivons, ce qui nous touche ou nous traverse sans que nous le sentions. Il s’agit d’une étude du pouvoir discret de la contrepartie et de la manière dont certains gestes, certaines pratiques plastiques, poétiques, scientifiques la mettent en jeu. Une première séquence est consacrée aux métaphores du fil et du funambule, ils deviennent les modèles à partir desquels il est possible de penser les potentialités de l’inaperçu et d’envisager une forme de désorientation active. D’une part, la structure faite de fils de chaîne et de fils de trame du tissu permet de penser la valeur opératoire du vide. Cela, parce que c’est l’espace entre les fils de chaîne et les fils de trame qui induit la qualité de souplesse, de résistance ou d’opacité du tissu. C’est alors que l’interstice, l’intervalle ou l’entre-deux devient décisif. D’autre part, le funambule est celui qui agit sur le fil. Il adopte une posture risquée, éprise de déséquilibres, de doutes, d’hésitations, d’une attention qui doit être renouvelée à chaque pas au gré de ses sensations physiques et des conditions atmosphériques. Alors, les métaphores du fil et du funambule créent la scène imaginaire de nos propres désorientations face à ce qui se dérobe, face à ce qui, aux marges de nos espaces, de nos rythmes, de notre écoute ou de notre vision, ne se laisse pas facilement saisir. Une deuxième séquence s’efforce de pointer ce qui, dans notre environnement, fait de nous des funambules, ce qui nous déséquilibre ou nous désoriente. Quelles sont nos conditions physiques, physiologiques, psychologiques ou sociales du déséquilibre ? Qu’est-ce qui se loge au seuil de nos espaces, à la lisière de notre vision, au fond de notre écoute ? Comment certains gestes, certaines pratiques ouvrent notre regard à l’inaperçu de notre environnement et en révèlent les potentialités ? / This dissertation in Fine Arts questioned about the undetected of our creations, in space, in time or physically and is an invitation to observe what is easily missed, that touches and goes through us, without our noticing. It is a study on subtle power and how it influences certain movements, plastic, poetic and scientific practices. The first part will focus on metaphors surrounding the thread and the acrobat, they become the model to reflect upon the potential of the unnoticeable and to consider an active form of disorientation. On the one hand, structure made of thread and wefts of fabric allow us to think the value of empty spaces since it is these gaps that are responsible for the suppleness, the resistance or the opacity of the fabric. Then the interstice, the interval or the in-between become essential. On the other hand, the tightrope walker is the one acting on the rope. He is in a risky position, struggling with disequilibrium, doubts, hesitations and he needs to renew his attention after each step according to his physical feelings and atmospheric conditions. The metaphors of the tightrope walker creates an imaginary scenario of our own disorientations in front of what evades us, at the edge of our space, rhythm, vision or listening, which is not easily perceptible. The second part points out elements in our environment which make us become tightrope walkers by inducing unsteadiness and disorientation. What are the physical, physiological, psychological or social conditions for disequilibrium ? What can be accommodated at the limit of our space, at the edge of our vision and in the depth of our hearing ? How certain actions broaden our vision towards the unnoticeable of our environment and to reveal its potential ?

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Les écoulements décollés sont fortement instationnaires, l'objectif de cette thèse a été de localiser et d'identifier les phénomènes à la source de ces instationnarités et de comprendre les processus physiques permettant le transfert de l'information de ces zones sources au reste de l'écoulement. Pour ce faire une analyse des résultats issus de simulations numériques a été réalisée. En étudiant la corrélation et la cohérence entre les positions de choc et les fluctuations de pression, l'interaction a pu être séparée en plusieurs parties distinctes. A l'aide de la théorie des caractéristiques définissant les directions et les cinématiques de propagation de l'information, les liens spatio-temporels entre ces différentes régions ont pu être déterminés. Les résultats de ces études couplés avec ceux issus des expériences ont montré clairement que les phénomènes se produisant à l'intérieur de la zone de recirculation existant en aval du choc de décollement gouvernent la dynamique de la totalité de l'interaction, aussi bien à basse fréquence qu'à moyenne fréquence. Ainsi les mouvements de choc apparaissent comme le miroir des phénomènes se produisant à l'intérieur de la zone décollée. Une représentation équivalente en fluide non visqueux permettant une description du comportement instationnaire de l'interaction a aussi été proposée. / Separated flow are often strongly unsteady; the aim of this thesis is to localize and identify the sources of the unsteadiness and to understand the physical phenomena governing the information transfer from these source zones to the rest of the flow. To do this, data used for this analysis have been obtained from numerical simulations (LES). Both cross-correlation and coherence between shock motion and pressure fluctuations have shown that the interaction can be split in several distinct zones. The theory of characteristics is used to define the information paths and the propagation velocities, so that the space-time links between these regions have been determined. Both numerical and experimental studies have clearly shown that phenomena present within the recirculation buble govern the whole of the interaction, at low and intermediate frequencies. Indeed the shock motions appears as the mirror of phenomena present in the separated zone. An inviscid equivalent scenario has been proposed to represent the interaction.

Le vertige (V), l'étourdissement (E) et l'instabilité (I) sont des symptômes fréquents, traditionnellement considérés comme ayant des étiologies vestibulaires et extra-vestibulaires différentes. La prévalence de chaque symptôme et la manière dont ils sont liés entre eux ainsi qu'avec la migraine, l'agoraphobie, la susceptibilité au mal des transports (SMT), le malaise vagal (MV), l'anxiété/dépression (AD) et la prise de médicaments, ont été l'objet de cette étude. Un questionnaire auto-administré a été complété par 2897 adultes de la population lorraine, âgés de 18 à 86 ans, dont 1471 femmes. La prévalence sur un an du V était de 48,3%, celle de l'I de 39,1% et celle de l'E de 35,6%. Les VEI étaient corrélés entre eux et apparaissaient en général en diverses combinaisons (69,4%) ; 90% des épisodes de VEI avaient une durée inférieure ou égale à 2 mn et une fréquence < 1/mois. Les trois symptômes étaient similaires concernant leur prédominance féminine, le profil temporaire des épisodes et le lien avec les chutes et les nausées. Les VEI augmentaient avec le nombre de médicaments indépendamment de l'âge. Chaque VEI était corrélé avec chaque co-morbidité. Les facteurs de risque étaient pour l'agoraphobie : AD>sexe féminin>VEI, pour la SMT : sexe féminin > AD > migraine. En ajustant sur les trois VEI entre eux, le V reste un facteur de risque significatif pour chaque co-morbidité, suggérant que le V est un symptôme aussi peu spécifique que les deux autres et que les VEI représentent un spectre de symptômes résultant de diverses causes / Vertigo (V), dizziness (D) and unsteadiness (U) are common symptoms traditionally considered to result from different kinds of vestibular and non-vestibular dysfunctions. The prevalence of each symptom and how they relate to each other and to migraine, agoraphobia, motion sickness susceptibility (MSS), vaso-vagal episodes (VVE) and anxiety-depression (AD) was the object of this population-based study in north-eastern France. A self-administered questionnaire was returned by 2987 adults (age span 18-86 years, 1471 women). The 1-year prevalence for V was 48.3%, for U 39.1% and for D 35.6%. The VDU symptoms were correlated with each other, occurred mostly (69.4%) in various combinations rather than in isolation, less than once per month, and 90% of episodes lasted < or = 2 minutes and occurred < 1/month. The three symptoms were similar in terms of female predominance, temporary profile of the episodes and their link to falls and nausea. Symptom associations including I and symptom episodes of >1 hour increased the risk of falls. The number of drugs taken increased VDU even when controlling for age. Each VDU symptom was correlated with each co-morbidity. The risk factors were for agoraphobia: AD>female gender>VDU; for MSS: female gender>AD>migraine. Logistic regressions controlling for each vestibular symptom showed that V correlated with each co-morbidity, suggesting that V is a symptom as unspecific as the other two and that the three symptoms represent a spectrum resulting from a range of mechanisms or disorders

Le bon fonctionnement et les performances des turbines à vapeur sont liés à l’état de la vapeur et notamment au taux d’humidité qu’elle contient. EDF souhaite pouvoir maîtriser les phénomènes spécifiques à ces problématiques afin d’améliorer l’utilisation et l’évolution de ses turbines. Le sujet de recherche concerne la modélisation de la formation de l’humidité dans un corps de turbine et l’étude des couplages entre la phase liquide et les instationnarités. Dans ce contexte, la démarche adoptée est la suivante : la présence d’humidité est prise en compte à l’aide d’un modèle homogène, couplé à des modèles de condensation permettant de prendre en compte les phénomènes hors-équilibre thermodynamique : le grossissement et la nucléation des gouttes d’eau dans la vapeur. Pour mener à bien les calculs, des méthodes numériques adaptées aux gaz réels ont été utilisées et testées à l’aide d’un code monodimensionnel avant d’être intégrées dans le code 3D elsA. Deux types de modèles de condensation ont été mis en œuvre, considérant ou non la polydispersion des gouttes dans la vapeur. Les couplages instationnaires entre la condensation et l’écoulement principal ont été étudiés à différents niveaux d’observations (1D, 1D − 3D, 3D). Il a été montré que la méthode des moments apporte une richesse supplémentaire par rapport à un modèle mono-dispersé, et permet de mieux capter les couplages instationnaires entre l’humidité et le champ principal. / In addition to conventional turbomachinery problems, both the behavior and performances of steam turbines are highly dependent on the vapour thermodynamic state and the presence of a liquid phase. EDF, the main French electricity producer, is interested in further developing its’ modelling capabilities and expertise in this area to allow for operational studies and long-term planning. This PhD thesis explores the modelling of wetness formation and growth in a steam turbine and an analysis of the coupling between the liquid phase and the main flow unsteadiness. To this end, the work in this thesis took the following approach. Wetness was accounted for using a homogeneous model coupled with transport equations to take into account the effects of non-equilibrium phenomena, such as the growth of the liquid phase and nucleation. The real gas attributes of the problem demanded adapted numerical methods. Before their implementation in the 3D elsA solver, the accuracy of the chosen models was tested using a developed one-dimensional nozzle code. In this manner, various condensation models were considered, including both polydispersed and monodispersed behaviours of the steam. Finally, unsteady coupling effects were observed from several perspectives (1D, 1D − 3D, 3D), demonstrating the ability of the method of moments to sustain unsteady phenomena which were not apparent in a simple monodispersed model.

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