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Servez-vous : Thèses

Sur certains sujets, le CETIAT accueille des doctorants dans ses laboratoires ou participe au financement de thèses réalisées dans un laboratoire de recherche.
Vous pouvez ici consulter le résumé de la thèse et dans certains cas, télécharger un document correspondant.


  MODELISATION ANALYTIQUE DU BRUIT AÉRODYNAMIQUE À LARGE BANDE DES MACHINES TOURNANTES : UTILISATION DE CALCULS MOYENNÉS DE MÉCANIQUE DES FLUIDES
Auteur : Dr Yannick ROZENBERG
Thèse de doctorat présentée à l'Ecole Centrale de Lyon dans la spécialité : Acoustique - Directeur de thèse : Michel ROGER – Cofinancement Valéo, Snecma et CETIAT - 2007 – 189 p.
www.ec-lyon.fr/
Suite aux efforts consentis pour diminuer le bruit tonal des machines tournantes aérodynamiques, le bruit à large bande constitue aujourd'hui une part importante, parfois dominante, du bruit généré par certains ventilateurs à basse vitesse ou soufflantes de turbomachines. Ce travail de thèse propose une approche hybride pour modéliser le bruit à large bande à la fois par des méthodes analytiques et en tirant profit de simulations utilisant les équations moyennées de la mécanique des fluides. L'objectif principal consiste à proposer un outil de prévision du bruit de bord de fuite avec une erreur inférieure à 3 dB.
Une synthèse bibliographique du bruit à large bande généré par les profils d'aile est effectuée. Les modèles analytiques développés par Amiet pour le bruit d'impact de turbulence et le bruit de bord de fuite sont présentés, et des extensions en sont également proposées. La comparaison systématique avec une base de données développée ces dernières années à l'Ecole Centrale de Lyon et enrichie durant ce travail permet une validation de ces modèles.
Dans une seconde partie, les pales d'un ventilateur axial à basse vitesse sont instrumentées, afin de mesurer la statistique de pression en paroi proche du bord de fuite. Cette dernière est conforme à la statistique mesurée sur des profils. Ce résultat justifie donc l'utilisation d'une théorie appliquée par tron¸cons, chacun des tron¸cons étant supposé se comporter comme une tranche de profil. Le modèle analytique du bruit de bord de fuite est donc étendu au cas d'une pale de ventilateur et des corrections pour prendre en compte l'effet Doppler sont proposées. Sa validation consiste à fournir les données d'entrée à l'aide des mesures effectuées sur les pales instrumentées et de comparer la pression acoustique obtenue en champ lointain par le modèle à celle mesurée dans une chambre anéchoïque. L'accord obtenu est très encourageant, à la fois sur le spectre acoustique en un point donné, mais également sur la fonction de directivité. Une formulation est également proposée pour appliquer, à titre prospectif, cette formulation en champ libre au calcul de la puissance acoustique en amont et en aval d'une soufflante de turbomachines en conduit.
Pour prédire le bruit de bord de fuite généré par un ventilateur, la principale difficulté rencontrée dans l'utilisation de modèles analytiques consiste à obtenir les données d'entrée, à savoir la statistique de la pression fluctuante sur l'aube. Dans un contexte industriel, les informations disponibles sur l'écoulement ne sont que les données moyennes, issues d'une simulation des équations moyennées de Navier-Stokes (RANS). Dans des cas simples, des modèles semi-empiriques permettent d'en déduire le spectre des fluctuations de pression en paroi. En revanche, ils ne peuvent pas être appliqués à un écoulement soumis à un gradient de pression positif. Une augmentation du niveau spectral dans ce cas est observée et un nouveau modèle empirique est proposé.

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  CALCUL ET OPTIMISATION DE BRULEURS LAMINAIRES INDUSTRIELS
Auteur : Dr Romain BARON
Thèse de doctorat présentée à l'Ecole Centrale de Paris dans la spécialité : Energétique - Directeur de thèse : Dominique THEVENIN – Thèse cofinancée par le CETIAT et l'ADEME – 2002 – 224 p.
http://www.em2c.ecp.fr
Pour faciliter la conception de brûleurs domestiques performants dans le respect des normes, il est utile de recourir à la simulation. Divers modèles physiques ont été implantés dans un code de calcul de flammes laminaires pour effectuer des simulations 2D et 3D rapides et précises. L'utilisation de ce logiciel performant permet de reproduire les phénomènes observés expérimentalement et de comparer les résultats obtenus avec des modèles différents. En vue d'effecteur des calculs d'optimisation automatique, plusieurs algorithmes ont été étudiés et implantés dans un logiciel convivial et évolutif. Cet outil a été couplé à des codes de calcul pour résoudre des problèmes d'optimisation sur des écoulements réactifs ou non.

  ETUDE ET REALISATION D'UN NOUVEAU GENERATEUR D'AIR HUMIDE
vers la définition d'une référence en température de rosée
Auteur : Dr Bertrand BLANQUART
Thèse de doctorat présentée au Conservatoire National des Arts et Métiers dans la spécialité : Systèmes Physiques et Métrologie - Directeur de thèse : Marc HIMBERT - Thèse cofinancée par le CETIAT, le BNM et le Ministère de la Recherche (ANRT) - 2001 - 170 p.
Ce document décrit l'étude et la réalisation d'un générateur d'air humide, dans le domaine de température de rosée de -80°C à +15°C. Le chapitre I présente les différents principes de générateurs d'air humide et les solutions techniques mises en œuvre dans les laboratoires. Deux finalités des mesures de température sont montrées : la première est la détermination de la température de référence ; la seconde est de fournir un outil d'étude permettant d'estimer les incertitudes du générateur. Dans le chapitre II, des solutions techniques adaptées à chacune de ces finalités sont recherchées : thermomètre à résistance de platine étalon et thermistances. Le chapitre III décrit la conception du générateur, basée sur la définition théorique de la température de rosée et intégrant les contraintes liées à la réduction des incertitudes. Une méthode d'estimation des incertitudes de la température de rosée, couplant l'utilisation des thermistances à l'analyse des échanges de chaleur et de masse dans le générateur, est présentée. Un premier bilan des incertitudes du prototype de générateur constitue le chapitre IV.
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  LE SECHAGE MIXTE HAUTE FREQUENCE - CONVECTION
de l'analyse des mécanismes physiques à l'application industrielle
Auteur : Dr Stéphane BOUR
Thèse de doctorat présentée à l'Institut National Polytechnique de Lorraine dans la spécialité : Mécanique et Energétique - Directeur de thèse : Christian MOYNE - Thèse cofinancée par l'ADEME et le CETIAT - 1999 - 201 p.
http://lemta.ensem.inpl-nancy.fr

  CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COUPLAGE THERMIQUE ENTRE UN JET ET UN LOCAL CLIMATISE
Auteur : Dr Amina MESLEM
Thèse de doctorat présentée à l'INSA de Lyon dans la spécialité Génie Civil - Directeur de thèse : Christian INARD - Thèse cofinancée par le CETIAT, l'ADEME et EDF - 1997 - 242 p.
http://www.univ-lr.fr/labo/leptab
L'étude traite de la qualification thermique et dynamique de l'ambiance intérieure de locaux climatisés à l'aide d'un ventilo-convecteur. Le travail essentiellement expérimental est divisé en quatre parties. La première partie présente un état de l'art sur les jets et évoque les indices de performances des systèmes de diffusion d'air et du confort thermique. La deuxième partie présente l'expérimentation développée et utilisée : il s'agit d'un dispositif expérimental de taille réelle auquel a été adjointe une métrologie spécifique en vitesse et température. La troisième partie traite du jet d'air froid issu du climatiseur. Les profils de vitesse et de température mesurés dans celui-ci ont permis de mettre en évidence plusieurs types de comportement en fonction du nombre d'Archimède initial. Pour les plus faibles valeurs de ce nombre, le jet se développe le long de la paroi verticale puis le long du plafond. L'analyse du comportement de ce type de jet a permis de distinguer la zone bidimensionnelle puis axisymétrique du jet tridimensionnel de paroi et de déterminer la distance de détachement du jet. Lorsque le nombre d'Archimède initial augmente, le jet n'atteint plus le plafond et les performances du ventilo-convecteur en sont réduites. On raisonne alors en terme de portée du jet vertical froid obtenue grâce à la loi de décroissance de la vitesse maximale. Enfin, l'ambiance thermique a été qualifiée à l'aide d'un indice de diffusion d'air (ADPI) et d'un indice de confort thermique (PPD). C'est l'objet de la quatrième partie de ce travail, qui montre que l'indice ADPI est bien corrélé avec le nombre d'Archimède initial suivant une loi exponentielle, les meilleures valeurs étant obtenues pour les plus faibles valeurs du nombre d'Archimède initial. Quant à l'indice PPD, le paramètre prépondérant est un nombre d'Archimède initial modifié à l'aide de la charge thermique du local. Dans ces conditions, les valeurs du PPD maximal et moyen croissent en fonction du nombre d'Archimède modifié.
Téléchargez une fiche technique résumant la thèse (document PDF de 1,78 Mo)

  CONTRIBUTION A L'ETUDE DES COMPOSANTS DE SYSTEMES FRIGORIFIQUES : MODELISATION EN REGIME STATIONNAIRE ET VALIDATION EXPERIMENTALE
application des modèles développés à l'étude d'un système bi-split
Auteur : Dr Marc GRODENT
Thèse de doctorat présentée à l'Université de Liège (Belgique) dans la spécialité : Sciences Appliquées - Directeur de thèse : Jean LEBRUN - Thèse cofinancée par le CETIAT - 1998 - 349 p.
http://www.ulg.ac.be/labothap

  CARACTERISATION ET MODELISATION DU BRUIT DE BRULEUR DE CHAUDIERE GAZ
Auteur : Dr Gwenaëlle SCHUBERT
Thèse de doctorat présentée à l'Université de Technologie de Compiègne dans la spécialité : Sciences Mécaniques pour l'Ingénieur – Directeur de thèse : Peter WAGSTAFF - Thèse cofinancée par le CETIAT, Chaffoteaux et Maury et le Ministère de la Recherche (ANRT) – 1997 – 206 p.
L'objectif de l'étude est la caractérisation et la modélisation du bruit de brûleur d'une chaudière atmosphérique. Une étude bibliographique donne des informations sur la création du bruit des flammes ainsi que sur des paramètres influençant le bruit de combustion. Le bruit de brûleur est composé d'une part du bruit de combustion et d'autre part d'un bruit aéraulique. Une étude expérimentale sur des brûleurs permet de vérifier que l'influence des paramètres tels que le type de combustible est en accord avec la bibliographie. Des règles d'évolution du bruit sont extraites des expériences menées sur trois types de brûleur et comparées aux expressions mathématiques, reliant la puissance acoustique aux paramètres de fonctionnement. La deuxième partie est une étude sur l'application des techniques d'identification et de localisation des sources. Aucune de ces techniques existantes n'est utilisable dans le cas de sources de bruit qui sont enfermées à l'intérieur d'une chambre de combustion. Une nouvelle méthode, basée sur les techniques inverses, a été développée afin de modéliser ces sources de bruit. Le principe de base se résume par un modèle d'un système à m entrées (sources) et n sorties (réponses). Les auto spectres et les inter spectres des n sorties sont mesurés à l'aide de microphones placés autour de la chaudière en fonctionnement. Les fonctions de réponse fréquentielle (FRF's) entre les points « sources » dans les flammes et les points de sortie sont mesurées à l'aide d'une source monopolaire placée au point de sortie et plusieurs sondes microphoniques haute température. Ces sondes mesurent la pression engendrée dans les flammes par la source monopolaire et le calcul des FRF's flamme – pression extérieure est effectuée en utilisant le principe de réciprocité. L'inversion de la matrice des FRF's est effectuée à l'aide de la décomposition de valeurs singulières. Cette matrice inversée et la matrice des réponses acoustiques aux n points de sortie permettent de remonter à un modèle spatial et spectral des sources de bruit. Une étude sur des sources connues est effectuée afin de vérifier que cette technique fonctionne dans le domaine acoustique. La technique est alors validée sur un brûleur et sa chambre de combustion puis sur une chaudière complète. La modélisation des sources acoustiques du brûleur est satisfaisante jusqu'à 2000 Hz.

  ETUDE NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE D'ELECTROFILTRES INDUSTRIELS
Auteur : Dr Patrice TOCHON
Thèse de doctorat présentée à l'Université Joseph Fourier - Grenoble 1 dans la spécialité : Mécanique - Directeur de thèse : Pierre MERCIER (CEA) - Thèse cofinancée par le CEA et le CETIAT - 1997 - 283 p.
L'objectif de ce travail est l'étude des mécanismes physiques qui régissent la précipitation électrostatique, par l'intermédiaire d'un banc d'essais expérimental et de campagnes de mesures sur un site industriel. Un modèle numérique original utilisant une approche de mécanique des fluides et aérosols est proposé et éprouvé avec les points expérimentaux dans trois types de géométries industrielles. Ce travail de recherche est intégré dans le cadre des études générales du CEA/GRETh en matière d'encrassement particulaire en phase gazeuse ; il fait suite à de nombreux travaux sur l'encrassement des échangeurs de chaleur. De plus, il s'inscrit dans le cadre d'un projet européen sur l'encrassement des chambres à combustion et la filtration à haute température. Il a été menée en collaboration étroite avec le CETIAT, dont l'implication a facilité l'obtention d'informations sur les géométries et les régimes de fonctionnements industriels fréquemment rencontrés.
Pour commander un exemplaire de cette thèse : http://www.greth.fr/public/mtheses.php

  EXPERIMENTATION ET MODELISATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE DANS UN CANAL BIDIMENSIONNEL
application aux géométries complexes des échangeurs de chaleur
Auteur : Dr Serge RUSSEIL
Thèse de doctorat présentée à l'Ecole des Mines de Douai / Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis dans la spécialité : Génie Mécanique et Energétique - Directeur de thèse : Bernard BAUDOIN - Thèse cofinancée par le CETIAT - 1997 - 155 p.
L'étude menée concerne la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel vertical. L'application directe de cette étude est la prédiction des performances thermiques des batteries de tubes à ailettes planes continues fonctionnant en régime de condensation. Une étude bibliographique présente les phénomènes physiques fondamentaux mis en jeu et les méthodes de calcul des échangeurs thermiques. Elle montre l'intérêt d'employer des codes de calcul pour traiter dans ces géométries complexes les transferts combinés de chaleur et de masse en présence de gaz incondensables et le couplage conducto-convectif sur les tubes et ailettes de l'échangeur. Une étude expérimentale de la condensation d'air humide dans un canal bidimensionnel est menée. Une base de données précises sur le domaine pratique d'utilisation des batteries industrielles est ainsi constituée. Elle permet la qualification de modèles numériques et aide à la compréhension des phénomènes au niveau global (puissance thermique totale, sensible et latente) et local (densité de flux pariétal). Des modélisations de la condensation de vapeurs en présence d'incondensables en convection forcée laminaire sont ensuite proposées. Intégrés dans des codes de calcul numérique, ces modèles numériques sont qualifiés à l'aide de nos résultats expérimentaux entre plaques planes. Enfin, une application directe au calcul des performances thermiques d'échangeurs à ailettes planes continues fonctionnant avec condensation de l'air humide est présentée.
Pour obtenir des informations sur le laboratoire ayant encadré la thèse : http://www.ensm-douai.fr/fr/recherche/energetique/energetique.html

  ETUDE DU SECHAGE PAR RAYONNEMENT INFRAROUGE
application à un produit capillaro-poreux et à une enduction
Auteur : Dr Philippe NAVARRI
Thèse de doctorat présentée à l'Université Claude Bernard Lyon 1 dans la spécialité : Génie des Procédés - Directeur de thèse : Julien ANDRIEU - Thèse cofinancée par le CETIAT, l'ADEME et EDF - 1992 - 214 p.
Des émetteurs d'infrarouge électriques ont été utilisés comme sources de chaleur au cours du séchage sous fortes densités de puissance de deux types de matériaux modèles : un produit granulaire non thermosensible (sable) et une enduction (colle hydrosoluble) dont les caractéristiques thermophysiques, les propriétés radiatives et les éclairements reçus ont été obtenus par des techniques appropriées. Dans un premier temps, les cinétiques de séchage du sable ont été déterminées en fonction des principales variables du procédé : densité de puissance et répartition spectrale du rayonnement (infrarouge court et moyen), vitesse de l'air. L'analyse des résultats a permis de vérifier la validité de l'analogie de Colburn et l'existence d'une courbe caractéristique de séchage en présence de flux de matière et de chaleur très intenses. Les courbes de séchage et de température du sable ont ensuite été interprétées par un modèle intermédiaire de connaissances à front, sans paramètre ajustable, où le produit est supposé opaque vis à vis du rayonnement. Dans une deuxième partie, l'étude expérimentale a été étendue au cas d'une colle hydrosoluble, produit mince et semi-transparent. Ces essais, associés à un modèle diffusif écrit en coordonnées lagrangiennes et prenant en compte la déformation du produit, ont permis l'identification du coefficient de diffusion apparent de l'eau en fonction de la température et du taux d'humidité. Le modèle, associé à un bilan thermique global, a été utilisé avec succès pour simuler les courbes de séchage et d'évolution de la température moyenne du film obtenues dans d'autres conditions opératoires. Etendu à l'échelle du séchoir continu, ces modèles constituent un outil intéressant pour le dimensionnement ou la gestion d'installations industrielles utilisant plusieurs modes d'apport de chaleur ; l'avantage d'un chauffage radiatif intense est clairement mis en évidence en terme de longueur d'appareillage.
Téléchargez deux fiches techniques résumant la thèse (séchage de sable, séchage de colle).
Pour des informations sur le laboratoire du directeur de thèse : http://www-lagep.univ-lyon1.fr

  CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COUPLAGE THERMIQUE ENTRE UN EMETTEUR DE CHAUFFAGE ET UN LOCAL
Auteur : Dr Christian INARD
Thèse de doctorat présentée à l'INSA de Lyon dans la spécialité Génie Civil et Sciences de l'habitat - Directeur de thèse : Francis ALLARD - Thèse cofinancée par le CETIAT et l'AFME – 1988 – 449 p.
Les travaux présentés se structurent autour d'analyses expérimentales de panaches issus d'émetteurs de chauffage et du couplage thermique de ces derniers avec des locaux. La première partie est consacrée à une revue des modèles actuellement disponibles pour le traitement du couplage thermique entre un système de chauffage et une cellule d'habitation. Cette synthèse permet de constater le manque de données disponibles pour intégrer les corps de chauffe dans des modèles prédictifs. Le deuxième chapitre est réservé à la description du dispositif expérimental développé au CETIAT. Après une analyse détaillée des principes métrologiques retenus, il présente les expérimentations réalisées pour divers types caractéristiques de radiateurs et les résultats obtenus. Le troisième chapitre conduit à une analyse détaillée des panaches thermiques issus des corps de chauffe et à une identification de leurs caractéristiques principales. Les résultats obtenus montrent une bonne cohérence par rapport à des études plus classiques menées sur des sources linéaires. Après la présentation du second dispositif expérimental utilisé, le quatrième chapitre permet de mettre en évidence l'influence primordiale du refroidissement de la paroi arrière. La description détaillée des échanges thermiques entre l'émetteur et la cellule MINIBAT du CETHIL permet également de fournir des données indispensables à une modélisation cohérente des couplages existants entre un système de chauffage et une pièce d'habitation. Enfin, le dernier chapitre est consacré à une synthèse des résultats expérimentaux et aux perspectives offertes par les travaux réalisés.
Pour des informations sur le laboratoire actuel de l'auteur et du directeur de thèse : http://www.univ-lr.fr/labo/leptab/

  ETUDE ET DEVELOPPEMENT D'UNE PROCEDURE EXPERIMENTALE POUR L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES D'UN MODELE THERMIQUE DE CAPTEURS SOLAIRES A AIR EN REGIME DYNAMIQUE
Auteur : Dr Jean-Louis DUFRESNE
Thèse de doctorat présentée à l'Université Paris VII dans la spécialité Energétique - Directeur de thèse : Louis-Marie CHOUNET - Thèse cofinancée par le CETIAT, l'AFME et le CNRS – 1987 – 428p.
Dans le cadre de cette thèse, un banc d'essai permettant de caractériser le fonctionnement d'un capteur solaire à air en régime dynamique, notamment avec éclairement et débit d'air fortement variables, a été construit au CETIAT. Le mémoire de thèse décrit la conception de ce banc, de son système de pilotage et de son système d'acquisition de mesures. Il donne aussi, à partir des résultats d'essais d'un capteur solaire à air, une méthode d'identification des dix paramètres nécessaires à la modélisation de ce capteur en régime dynamique.

  ETUDE DES CHAUDIERES A BOIS : CONTRIBUTION A LA MESURE DES EMISSIONS DE COMPOSES IMBRULES, A L'EVALUATION DES RENDEMENTS ENERGETIQUES ET A LA MODELISATION DE LA COMBUSTION
Auteur : Dr Patrick DUSSERRE
Thèse de doctorat présentée à l'INSA de Lyon dans la spécialité Gestion et Traitement des Déchets - Directeur de thèse : J. VERON - Thèse cofinancée par le CETIAT, ELF et l'AFME – 1986 – 288p.
Cette étude a permis d'évaluer l'impact de la combustion du bois sur l'environnement et de caractériser le pouvoir énergétique des émissions de composés imbrûlés, de mettre au point une chaîne de prélèvements dans les fumées pour séparer poussières, goudrons et condensats aqueux, d'affiner les calculs de rendements appliqués sur essais en régime pseudo stationnaire des chaudières à bûches, de tester le comportement de nouveaux combustibles (plaquettes, granulés, bois torréfié, …) et de faire ressortir les gains énergétiques liés à l'expérimentation d'une régulation modulante, d'adapter les modèles cinétiques de pyrolyse et de combustion au fonctionnement d'un brûleur alimenté en bois divisé.

  SUR LES DIFFICULTES RENCONTREES POUR REALISER L'ECOULEMENT DE POISEUILLE – APPLICATION A LA MESURE DES FAIBLES VITESSES
Auteur : Dr Moustapha MOUHAMED-ALI
Thèse de doctorat présentée à l'Université Paris VI dans la spécialité Aéraulique et Thermique - Directeur de thèse : André FORTIER - Thèse financée par le CETIAT – 1985 – 276p.
Cette thèse a permis la mise au point d'une soufflerie à écoulement laminaire ayant servi de référence jusqu'à la fin des années 1990 pour l'étalonnage des anémomètres à basses vitesses d'air.
 
CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES AÉRAULIQUES ET THERMIQUES