Doctorat
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Item Développement de la méthode boltzmann sur réseau pour la simulation des écoulements des microfluides(2019) Zarita, RahouadjaAvec le développement des microtechnologies, ceci a rendu nécessaire la maitrise des écoulements au sein des microsystèmes électromécaniques, en raison de leurs applications dans divers domaines industriels tels que l'aéronautique, l'automobile et dans les applications biomédicales. Les écoulements se développant dans les microsystèmes électromécaniques sont caractérisés par un paramètre sans dimension, le nombre de Knudsen et présentent des phénomènes de non équilibre. Au-delà de Kn =0.1, pour les écoulements gazeux, l’hypothèse de continuité n’est plus vérifiée. Les équations de Navier-Stokes ne peuvent plus être appliquées et les (CFD) classiques basées sur la discrétisation des équations de Navier-Stokes ne sont plus appropriées. De plus l’application des modèles de glissement aux méthodes CFD classiques rend la tâche plus difficile pour la résolution des problèmes aux dérivées partielles non linéaires. Pour ce faire, de nombreux chercheurs ont porté un grand intérêt aux méthodes numériques statistiques, particulièrement à la (LBM) ces dernières années. La présente étude concerne le développement de la méthode Boltzmann sur réseau (LBM) pour la simulation des écoulements se développant dans des systèmes de tailles micrométriques, l’écriture d’un programme de calcul sous Matlab, avec l’implémentation des conditions aux limites de glissement de vitesse et de saut de température. L’analyse de l’écoulement laminaire, instationnaire établi avec transfert de chaleur utilisant des nanofluides dans un microcanal au voisinage de l’équilibre thermodynamique a été présentée. Le fluide de base et les nanoparticules en suspension sont considérés comme un mélange homogène. Les propriétés thermophysiques du nanofluide sont estimées par les modèles théoriques. Les effets de la modification du type de nanoparticules, de fraction volumique de nanoparticules, du nombre de Reynolds et du nombre de Knudsen sont pris en considération. La précision et la validité du présent modèle sont confirmées grâce à la comparaison des résultats obtenus avec les résultats trouvés dans la littérature. Des suggestions pour améliorer la stabilité numérique du présent modèle, comme l’utilisation du modèle MRT sont proposées. On conclue également qu’il est nécessaire de mener une analyse expérimentaleItem Approches numériques pour la résolution des problèmes des paliers hydrodynamiques, liés aux contraintes géométriques et mécaniques(2019) Manser, Belkacem; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Les paliers hydrodynamiques, éléments de machines omniprésents dans la construction des systèmes mécaniques, sont utilisés pour guider et supporter les arbres en rotation, particulièrement appréciées pour ses caractéristiques d’amortissement à hautes vitesses de rotation. Cependant les performances des machines tournantes lubrifiées par un film fluide sont impactées par de nombreux paramètres interactifs non linéaires, difficiles à analyser. La prédiction du comportement du système par simulation numérique nécessite par conséquent une modélisation approfondie de l’écoulement du lubrifiant dans les paliers hydrodynamiques. C’est dans ce contexte que nous proposons une étude numérique de l'influence des différends paramètres liés aux contraintes mécaniques et géométriques sur les performances d'un palier lisse circulaire de dimensions finies, soumis à une charge et un moment statiques, et fonctionnant en régime hydrodynamique, isotherme et stationnaire établi. Les effets induits par la géométrie du palier (excentricité relative), le degré et l'angle du mésalignement de l’arbre, le comportement rhéologique du lubrifiant de types micropolaire et la configuration (forme, disposition et densité) de textures sur l'évolution des performances du palier ont été analysés et dissertés. Notre approche numérique est de ce fait basée sur la modélisation de l’équation de Reynolds modifiée, en tenant compte des différents paramètres d’influence, tels que : la rupture et la reformation du film fluide, le mésalignement de l'arbre et la texturation de surface du coussinet, ainsi que la non linéarité de la viscosité du fluide et de son comportement rhéologique. Les développements algorithmiques inhérents au modèle mathématique développé ont été mise en œuvre et implémentés sous MATLAB®, dans un code robuste, basé sur la discrétisation basée sur le schéma aux différences finies centrées et la résolution par la méthode itérative de Gauss-Seidel. La validation du modèle numérique parachève cette contribution en s’adossant à une comparaison des résultats obtenus avec des résultats publiés, mettant notamment en exergue une corrélation appréciable de ces résultats. Enfin, une étude de l'influence des différents paramètres interactifs, tels que la rupture du film, l’état de surface, le mésalignement, le comportement micropolaire du lubrifiant, a fait également l’objet d’une étude minutieuseItem Etude hydraulique d’une turbine francis complete, avec considération des phénomènesi nstationnaires liés aux interactions de type stator-rotor(2019) Laouari, AhmedCe travail de recherche s’intéresse à l’étude des phénomènes instationnaires et de cavitation dans une petite turbine de type Francis, qui par conséquent limite leur plage de fonctionnement. Aussi elle a pour objectif d'obtenir une meilleure compréhension des phénomènes instationnaires notamment les interactions de type stator-rotor et ceux liées à la cavitation dans cette petite turbine de type Francis, qui peuvent provoquer des dommages graves aux centrales hydrauliques, et par conséquent il faudra trouver des solutions à ces problèmes. Les phénomènes d'interaction rotor-stator RSI entre vannes directrices et aubes de la roue, et aussi le phénomène de cavitation dans la roue et l'aspirateur de la turbine sont étudiés par le biais du logiciel ANSYS-CFX. Une étude préliminaire a été effectuée afin de déterminer la résolution du maillage, les effets du pas du temps, les critères de convergence, et le modèle de turbulence. Les performances prédites montrent que le rendement hydraulique maximal est de l’ordre de 71.3 %. En outre, les détails des structures d'écoulement montrent de grandes pertes situées dans la roue où il y a formation de grands tourbillons affectant la stabilité de fonctionnement. Concernant l'interaction rotor-stator, quatre points de fonctionnement, allant de la faible charge à la grande charge sont simulés en régime instationnaire. En effet, les simulations des signaux de pression instationnaires enregistrés en plusieurs points moniteurs à travers les composants de cette turbine Francis, montrent que les interactions de type RSI provoquent de fortes fluctuations de pression et oscillations du couple même pour le point de fonctionnement BEP. Les fréquences de ces fluctuations de pression et différents modes qui les caractérisent ainsi que leur séquence sont prédits. Au point de fonctionnement à faible charge une baisse significative de pression peut être distinguée à l'entrée de la roue. Les fréquences dominantes au point de fonctionnement à charge faible sont plus grandes que celles pour le BEP. En plus il y a autres fréquences capturées liées à l'apparition de la corde vortex dans l’aspirateur de la turbine. Les fluctuations de pression qui se produisent dans l'espace lisse (sans vannes) ont tendance à se propager au-delà de la sortie de la roue et sont influencées par les interactions entre roue et aspirateur. Dans la plupart des conditions de fonctionnement hors-adaptation, les fluctuations de pression dans les passages de la roue sont principalement liées aux interactions de type RSI et aux émissions de tourbillons en sortie roue. Pour mieux comprendre la structure des écoulements avec développement de bulles de cavitation dans la roue et du vortex dans le cône d’aspiration, des simulations instationnaires avec model de cavitation sont effectuées. Par conséquent, il a été démontré que la région de la fraction volumique supérieure obtenue par simulation correspond à la région des dommages causés par la cavitation dans la réalité. La formation de bulles de vapeur la plus importante a été observée à proximité des bords de fuite des aubes. Aussi, la fluctuation de pression s'est avérée plus élevée à l'entrée de l’aspirateur dans les conditions de fonctionnement à grande chargeItem Convection forcée de fluides viscoélastiques en milieu confiné : cas de la Lubrification Hydrodynamique(2019) Guemmadi, MessaoudaLa lubrification hydrodynamique revêt une grande importance dans le domaine industriel ; d’où la nécessité primordiale d’élaborer de nouveaux lubrifiants. Les propriétés des lubrifiants sont améliorées par l’ajout d’additifs chimiques, ce qui modifie considérablement leur comportement rhéologique. Dans cette thèse, on considère l’étude de la lubrification hydrodynamique d’un palier en utilisant un lubrifiant ayant des propriétés viscoélastiques décrites par le modèle de Maxwell généralisé (UCM). La complexité des équations (Quantité de mouvement, Energie et Constitutives) couplées, associés au problème thermohydrodynamique dans une telle géométrie, nécessite une résolution plutôt numérique. En utilisant le logiciel commercial Fluent 6.3 associé à un code de calcul développé en C++, via des fonctions définies par des UDFs (User Defined Functions) et des UDSs (User Defined Scalars), nous étudions premièrement le cas où l’arbre et le coussinet sont d’abord concentriques. La motivation de ce test est destinée à comparer les résultats avec la solution analytique ; ce qui permet de valider les résultats numériques par l’utilisation du code développé en C++ et aussi de donner une assurance pour utiliser ce code dans la simulation numérique de plusieurs problèmes de lubrification plus compliqués. Le deuxième problème traité est la lubrification hydrodynamique des paliers par le fluide de Maxwell généralisé (UCM) avec une viscosité qui varie en fonction de la température. Dans ce cas, on détermine plusieurs grandeurs mécaniques à savoir : la distribution du champ de pression, le champ de vitesse, le champ de température, le champ de contraintes et la charge portante, ainsi que les effets des paramètres viscoélastiques du fluide (temps de relaxation et viscosité) cinématique (vitesse de rotation de l’arbre) et enfin géométrique (excentricité du palier)Item Etude numérique et expérimentale d’un éjecteur –application pour l’amélioration des systèmes de réfrigération(2019) Hamzaoui, MalekL’exploitation des puissances à basse température (inférieure à 120 ?) reste toujours d’actualité pour faire fonctionner des machines thermiques. Cette exploitation permet de réduire la pollution et de minimiser la consommation d’énergie en utilisant les rejets thermiques ou l’énergie solaire. Une très grande partie des travaux de recherche a été réalisée dans l’objectif d’exploiter les ressources à basse température. Récupérer l’énergie conduit à minimiser la consommation et à réduire les émissions des gaz à effet de serre. Dans cette thèse, une étude expérimentale portant sur l’exploitation des rejets thermiques à faible température (température de la source du générateur inférieure à 90 ?) pour produire du froid est présentée, et une machine frigorifique à éjection de vapeur construite par HYDRO-QUEBEC a été exploitée. Le procédé se décompose en deux étapes essentielles : le fonctionnement dirigé et le fonctionnement libre avec contrainte. L’étude dirigée est l’étude classique, bien connue dans la littérature spécialisée, elle est basée essentiellement sur le fonctionnement de l’éjecteur seul. C’est une étude paramétrique où l’on fixe tous les paramètres sauf un, puis en étudie son influence sur le système. Dans cette étude, on montre l’interaction entre les paramètres d’opération, ce qui donne une approche réaliste du comportement de l’éjecteur dans une installation frigorifique réelle. Plusieurs essais ont été réalisés (plus de 200 tests) pour différents cas, les paramètres de fonctionnement sont testés pour différentes gammes. Le système peut fonctionner avec une température de génération de 52 ? , et peut produire une puissance nominale de 35 kW pour une température d’évaporation de 15 ?. L’étude globale montre une approche de dimensionnement originale qui consiste à trouver le débit optimal de fonctionnement pour assurer une très bonne succion afin de minimiser la pression dans l’évaporateur. Pour visualiser l’écoulement dans l’éjecteur, une simulation numérique est présentée en utilisant le couplage entre NIST-REFPROP et FLUENT. L’étude de l’influence des différents paramètres est présentée, en utilisant pour chaque étude un maillage adapté au cas étudié pour mieux localiser l’onde de choc droite. Une très bonne concordance entre les résultats numériques et ceux de l’expérience est constatée. L’étude numérique montre que l’éjecteur est très sensible aux variations des paramètres d’opération, le changement d’un paramètre provoque des perturbations de l’écoulement dans l’éjecteur, à cause du choc droit qui se rapproche vers la tuyère primaire de l’éjecteur. L’augmentation du taux de compression peut provoquer l’arrêt de fonctionnement, donc il est nécessaire d’augmenter la pression du générateur pour assurer le bon fonctionnement de l’installationItem Modélisation du comportement à l’impact des composites à matrice thermoplastique et fibres continues(2019) Mahdad, M'hamed; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Les composites à matrice thermoplastique et à fibres continues sont largement utilisés dans diverses applications industrielles. L'intérêt croissant pour ces matériaux provient de la possibilité de construire une structure légère et solide. Cependant, ces matériaux composites sont considérés comme étant sensibles à une exposition à un choc de longue durée, même avec une énergie d'impact faible et/ou avec un contact à faible vitesse. Le degré de sensibilité pourrait être important lorsque les dommages et le délaminage des couches constituant les matériaux se produisent. Ainsi, chaque impact pourrait créer des dommages locaux avec des conséquences souvent dramatiques sur les performances mécaniques des structures, par exemple dans le domaine aéronautique. Le présent travail traite de la modélisation expérimentale et numérique des dommages survenant lors du chargement en service ou accidentel de matériaux composites à matrice thermoplastique sous une indentation de faible énergie et à faible vitesse. Des stratifies à base de matrice polypropylène (PP) et fibres d'acier plus fibres de verre-E (SWPP/GFPP) ont été confectionnés suivant les séquences d'empilement [0° 90°]2S. La modélisation repose sur une vaste campagne expérimentale visant à évaluer le comportement non linéaire du matériau composite soumis à un test d'indentation quasi statique (QSI). Un modèle de plasticité Matzenmiller-Lubliner-Taylor (MLT) est utilisé pour l‘étude de l‘endommagement des composites stratifiés. Ce dernier est implémenté dans le code Abaqus/explicit sous des soubroutine en Fortran VUMAT. Ce modèle présente la particularité d‘interpréter la non-linéarité géométrique des plaques composites indentées et dont les lois de comportements seront calibrées par des essais mécaniques (traction, compression)Item Contribution à la modélisation et la simulation de la contamination des milieux poreux par les NAPLs(2019) Irinislimane, KenzaL’analyse des carottes est considérée comme une technique de base mise à la disposition de l’industrie de pétrole, afin d’optimisé l’exploitation des réservoirs. L’objectif de cette thèse est de présenter et d’appliquer une étude expérimentale sur des échantillons prélevés lors du forage a fin de déterminer les caractéristiques des roches réservoirs. La détermination des caractéristiques pétrophysiques, statiques et dynamiques illustre le déplacement des écoulements multiphasiques en milieu poreux. L’étude numérique consiste à réaliser un modèle physique réduit , assimilé à un empilement de couches parallèles, d'épaisseur constante et de caractéristiques différentes, initialement saturé en polluant. Le maillage choisi pour discrétiser le milieu est un maillage cartésien tridimensionnel ainsi que le schéma aux différences finies utilisé est un schéma TVD (Variation Totale Décroissante)Item Modélisation et simulation des algorithmes des ondelettes appliqués à l'analyse par ultrasons des composites(2018) Yahiaoui, AichaLe développement de méthodes algorithmiques de traitement du signal pour l'interprétation des données fournies lors de l'inspection ultrasonore des matériaux et structures constitue un domaine de recherche privilégié. La méthodologie adoptée pour répondre à cette problématique est basée sur l'extraction de paramètres de distinction dans les signaux et leur interprétation, en appliquant des techniques avancées de traitement de signaux, telles que l'analyse multi-échelle spécialement la transformée en ondelettes qui est une représentation temps-fréquence décrivant en même temps l’évolution temporelle et le contenu fréquentiel du signal dont notre étude est basée. Dans ce cadre, ce travail porte sur le développement de méthodes de traitement de signaux ajustées à l’analyse et l’interprétation des signaux d’inspection non destructive de matériauxItem Contribution à l'étude des systèmes de production d'hydrogène décarboné par énergies renouvelables(2018) Aouali, Fatma ZohraLa progression rapide de la demande énergétique mondiale et l’échéance des réserves d’énergies fossiles favorise le développement des énergies renouvelables et nouvelles tel que le solaire. actuellement, le développement des systèmes de production d'hydrogène par énergies renouvelables parait comme une nécessité pour pouvoir réduire la pollution environnementale tel que le rejet de polluants gazeux et de gaz à effet de serre . Dans le présent travail, un électrolyseur à membrane d'échange de protons (PEM) pour la production d'hydrogène alimenté par un système solaire photovoltaïque est présenté. L'intégration de systèmes de panneaux photovoltaïques (PV) avec électrolyseur est en en cours d'étude pour réduire la consommation de carburant diesel et pour minimiser la pollution atmosphérique. Un modèle mathématique pour un électrolyseur PEM est présenté. Le modèle est déduit des équations thermodynamiques et thermiques électrochimiques. Pour valider le modèle, un électrolyseur de laboratoire de petite échelle est utilisé comme outil expérimental. Le modèle complet est Simulé et les résultats de simulation obtenus, par Matlab/Simulink correspondent très bien aux données expérimentales. L'électrolyseur est alimenté par un panneau PV et est modélisé, dimensionné et expérimentalement validé. Enfin, la simulation utilisant Homer permet de dimensionner notre système PV-ElBatterie de manière à subvenir aux besoins énergétiques de notre charge (électrolyseur)Item Modélisation et simulation numérique d'un film lacrymal (larmes) en écoulement autour de la cornée(2018) Allouche, MoussaCette étude généralise le modèle d'Aydemir et al. (2010) estimant la surface de la cornée sphérique plutôt que plate. Le modèle, qui consiste en une paire d'équations différentielles partielles non linéaires couplées pour l'épaisseur de la couche aqueuse et la concentration en lipides, est résolu dans le domaine évolutif compris entre une paupière supérieure mobile et une paupière inférieure fixe. En dehors de la paupière supérieure, la courbure a une petite influence sur l'épaisseur du film; ceci confirme la conclusion de Braun et al. (2012). Cependant, la courbure influence la vitesse d'amincissement du film lacrymal près de la paupière supérieure