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Flow structure, mixing, flame stabilization and pollutant emissions from a coaxial dual swirl CH4/H2/air injector
Full text linkDévelopper des brûleurs alimentés à l’hydrogène qui répondent aux conditions strictes des turbines à gaz équipant les moteurs d’avions à réaction est un défi. Dans ce travail, un concept d’injecteur coaxial à double swirl est étudié dans une chambre de combustion opérant à pression atmosphérique. La structure de l’écoulement, le mélange, la stabilisation de la flamme et les émissions polluantes sont étudiés. Cet injecteur coaxial fonctionne avec de l’hydrogène injecté dans un tube central et avec de l’air ou un mélange CH4/air dans le canal annulaire. Pour un niveau de swirl fixé dans le canal annulaire, le niveau de swirl dans l’injecteur d’hydrogène, la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène par rapport au fond de chambre de combustion et la vitesse d’injection d’hydrogène sont les principaux paramètres contrôlant la stabilisation de flamme. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène est une condition nécessaire pour décrocher les flammes H2/air des lèvres de l’injecteur. Une petite distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène améliore considérablement l’intervalle des conditions de fonctionnement pour lesquelles la flamme est stabilisée aérodynamiquement. Les mesures de vitesse par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) indiquent que le jet central d’hydrogène swirlé se détend radialement dès sa sortie de l’injecteur, coupant la zone de faible vitesse dans le sillage des lèvres de l’injecteur, expliquant la nécessité du swirl interne pour détacher la flamme. La diffusion Raman est utilisée pour déduire les profils de concentration de gaz à la sortie du brûleur. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène améliore considérablement le mélange dans les premiers millimètres après la sortie de l’injecteur central d’hydrogène. L’augmentation de la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène favorise un prémélange partiel avant la combustion. Le rapport de vitesse entre les écoulements central et annulaire et l’angle du jet central contrôlent l’état du mélange. Un modèle de bas ordre est développé avec un paramètre de progression du mélange valide pour un grand nombre de conditions de fonctionnement. Dans des conditions réactives, les mesures PIV montrent que la dilatation thermique du gaz à travers la flamme augmente considérablement l’angle d’expansion du jet swirlé conduisant à des vitesses de recirculation plus faibles. Lorsque la flamme est attachée aux lèvres de l’injecteur, la présence d’un dégagement de chaleur dès la sortie de l’injecteur central entraîne une diminution du diamètre de la zone centrale de recirculation en sortie de l’injecteur annulaire. Les conditions aux limites thermiques le long de la chambre de combustion, les températures des gaz en plusieurs points dans l’écoulement et les émissions de polluants sont également analysées. Les émissions de NOx diminuent lorsque la flamme est détachée du fait d’un meilleur mélange consécutif à l’augmentation de la distance entre la sortie d’injection d’hydrogène et la flamme. Les émissions de NOx chutent avec la richesse globale et pour des puissances thermiques accrues. Une loi d’échelle basée sur la température adiabatique de flamme et le temps de séjour des gaz brûlés dans la chambre de combustion permet de réduire les données pour les flammes détachées. Enfin, un modèle prédictif basé sur une vitesse de déplacement de l’extrémité de la flamme est développé pour décrire les mécanismes physiques conduisant au réattachement de la flamme. Il considère que, pour une flamme initialement détachée, s’il existe une zone de mélange inflammable avec des vitesses inférieures à la vitesse de flamme triple, depuis l’extrémité de la flamme jusqu’aux lèvres de l’injecteur, la flamme se réattachera à l’injecteur. Avec un ensemble limité de données expérimentales acquises dans des conditions d’écoulement à froid, ce modèle est capable de prédire la transition de réattachement des flammes détachées pour toutes les conditions de fonctionnement explorés
Mutation of Formally Verified SysML Models
Full text linkModel checking of SysML models contributes to detect design errors and to check design decisions against
user requirements. Yet, each time a model is modified, formal verification must be performed again, which
makes model evolution costly and hampers the use of agile development methods. Based on former contri-
butions on dependency graphs, the paper proposes to facilitate updates (also called mutations) on models:
whenever a mutation is performed on a model, the algorithms introduced in this paper can determine which proofs remain valid and which ones must be performed again. In this latter case, our algorithm reuses as much as possible previous proofs results in order to lower the proof complexity. The paper focuses on reachability proofs, and relies on a real-time communication architecture based on TSN (Time Sensitive Network) to exemplify the approach and give performance results
Neutral Acoustic Wave Modes in Supersonic Impinging Jets
Full text linkSINCE the seminal work of Powell in 1953 [1], it has been shown
that jets impinging on a flat plate can generate intense acoustic
tones in some cases. These tones are due to an aeroacoustic feedback
loop mechanism composed of aerodynamic disturbances convected
downstream and acoustic waves propagating from the flat plate to the
nozzle. Several experiments have investigated the properties of this
feedback mechanism. In the subsonic regime, Ho and Nosseir [2] and
Nosseir and Ho [3] studied impinging round jets with different nozzle
exit Mach numbers ranging from 0.3 up to 0.9. This allowed the
authors to develop a model of the aeroacoustic feedback loop predicting
the frequencies of the tones. In the supersonic regime, several
researchers studied the feedback loop mechanism with, among
others, Krothapalli et al. [4], Henderson et al. [5], Risborg and Soria
[6], and Mitchell et al. [7]. In some cases, a feedback mechanism
similar to that encountered in subsonic jets was obtained. In addition,
this feedback loop mechanism was observed to occur very often
when the jets were ideally expanded but with less occurrence and
only for certain nozzle-to-plate distances when they were not.
To better understand why a supersonic impinging jet is likel
Du champ à l'ingrédient naturel : caractérisation des co-produits de grenade occitane pour leur valorisation
Full text linkLa culture du grenadier s’intensifie depuis une décennie en Occitanie à cause de la diversification vers des cultures résilientes au changement climatique. La production française est intégralement transformée en jus, générant d’importants volumes de co-produits (60 à 70 % du fruit frais). Cette étude présente l’évolution des teneurs des principaux composés à valeur ajoutée (polyphénols, lipides) des co-produits de grenades de la parcelle à leur extraction. Le système de culture (variété, conditions pédo-climatiques et traitement foliaire), la conservation des grenades (durée, température, humidité et immersion) et le conditionnement des co-produits (séchage et ensilage) affectent les polyphénols des péricarpes, et dans une moindre mesure les lipides des co-produits de pressage des graines. La teneur en polyphénols totaux des péricarpes est plus élevée pour la variété endémique Provence (294 mg eag/g ms) que pour les autres variétés étudiées (193 mg eag/g ms). Ces composés sont préservés par une conservation des fruits adaptée à la variété et par un séchage des co-produits à 40°C, qui permet de recouvrer 99 % des polyphénols totaux et 90 % de l’ellagitannin majoritaire, la punicalagine, par rapport à la lyophilisation. En revanche, l’acide ellagique s’accumule de façon plus importante dans la variété Valenciana conservée jusqu’à 8 semaines à 17 °C et plus de 92 % d’humidité (de 5 à 14 mg/g ms) et dans les péricarpes ensilés 4 à 6 semaines (de 3 à 25 mg/g ms). La fermentation spontanée multiplie aussi par deux le rendement en huile des co-produits de pressage des graines, de 10 à 19 %. Ce procédé préserve également le profil en acides gras, dominé par l’acide punicique (77 à 81 %). Sa teneur relative aux autres acides gras est cependant plus élevée dans les co-produits séchés directement (78 à 81 %). La durée de ce séchage peut être diminuée sans altérer la composition lipidique de 5 h en étuve ventilée à 30 min en sécheur à tapis à 100 °C
Lunar landing necessary building blocks and good practices for a sustainable development of human lunar activities
Full text linkAfter almost 50 years from the last step on the Moon in 1972, Space Agencies and companies from all over the World are evaluating once again the need, potential, and benefits of human settlements on the Moon and beyond. Several spacecraft, landers, and rovers have already made their way on Earth’s only natural satellite, and more will come in the coming years, followed by or in parallel with human missions, with all the related challenges and issues to overcome. At first, Human activities will target specific locations on the lunar surface, mainly driven by scientific objectives. For these missions, the landing site will necessarily be close to the target areas until a surface transport infrastructure is put in place, such as a system of transport rovers or a rail network. As the interest and involvement of public and private actors grow, and depending on their mission objectives, we will see either massive landings with multiple spacecraft involved or specific pinpointed landings with relatively small assets, to perform local analyses without the need to bring a full settlement to the location. Therefore, it is fundamental to see which resources/terrain characteristics will act as an attractor for intensive human activities with multiple landings that will need traffic management regulations. One of the objectives of our research is to analyze those potential attractors and identify key factors that would make specific locations of the Moon more suitable for landing (e.g. surface characteristics, distance from points of interest). Once defined, the following objective is to evaluate what features and services a landing site should have in order to support exploration or exploitation missions and become an efficient spaceport. In parallel, as mentioned above, all these activities on and around the Moon’s surface need to be regulated and coordinated to avoid a “far west” scenario, with the related potential hazards that could affect the lunar environment, human settlements, and facilities. The last objective of our project is to evaluate and propose ideas on how future missions could be regulated, taking into account that the Moon is a different celestial body that, at the current moment, is not under any national or international significant traffic management regulation. The present abstract is submitted under the auspices of Space Generation Advisory Council (SGAC) Technical Unit Research for a Thriving Lunar Ecosystem (TURTLE)
Comprendre le lien entre l'activité des micro-organismes présents dans le rumen, le métabolisme de l'hôte et l'efficience alimentaire des agneaux
Full text linkEn élevage de ruminants allaitants, l’alimentation représente la très grande majorité des coûts d’élevage. De ce fait, l’efficience alimentaire, caractérisée par l’aptitude d’un animal à optimiser sa production par rapport à sa consommation alimentaire, s’est imposée comme un moyen de limiter les coûts d’élevage mais aussi les rejets polluants par une meilleure valorisation de la ration. Cependant, les déterminants de l’efficience alimentaire sont encore méconnus bien que des pistes aient été avancées, notamment concernant l’efficience digestive ou la partition des nutriments et de l’énergie entre différents tissus corporels et entre besoins d’entretien et besoins de production. Par ailleurs, tout porte à penser que ces déterminants sont variables selon les conditions d’élevage et en particulier selon la ration distribuée aux animaux. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était d’explorer les mécanismes sous-jacents à l’efficience alimentaire, en particulier en lien avec la communauté microbienne ruminale et les produits issus de son activité. L’étude a été réalisée sur des agneaux mâles de race Romane issus de lignées divergentes obtenues par sélection génétique des animaux les plus efficients et les moins efficients sur la base de la consommation moyenne résiduelle. Au total, 277 agneaux, répartis sur trois années et issus des deuxième et troisième générations de sélection ont été phénotypés pendant 6 semaines sous un régime 100% concentrés (CONC) et parmi eux, 167 agneaux, extrêmes en termes d’efficience, ont par la suite été phénotypés sous un régime mixte (MIX). À l’issue de chaque phase, un échantillon de contenu ruminal et un échantillon de sang ont été collectés. La composition microbienne du rumen a été étudiée par séquençage des gènes codants pour l’ARNr 16S et l’ARNr 18S, respectivement pour les procaryotes et les eucaryotes et des analyses par chromatographie en phase gazeuse des échantillons ruminaux et par RMN des échantillons ruminaux et sanguins ont permis de doser les métabolites présents dans le rumen ou dans le plasma des agneaux. La première conclusion des travaux de cette thèse est, conformément à la littérature existante chez le bovin allaitant, une absence de corrélation entre l’efficience alimentaire phénotypique aux régimes CONC et MIX. Globalement aucune association n’a été démontrée entre les compositions microbiennes ou les métabolites ruminaux et l’efficience alimentaire quel que soit le régime. En particulier, aucune différence de profil en acides gras volatils n’a été observée entre lignées ou entre animaux phénotypiquement efficients ou inefficients. Par ailleurs, les genres procaryotes ou eucaryotes associés avec l’efficience alimentaire phénotypique différent entre les deux régimes et les associations entre genres microbiens et efficience alimentaire ne sont pas identiques entre les différentes années de prélèvements. Finalement, l’étude des métabolites plasmatiques, en tant que reflets du métabolisme de l’animal, a mis en évidence une concentration plus importante en citrate chez les animaux de la lignée efficiente quel que soit le régime, ainsi que chez les animaux phénotypiquement efficients au régime CONC. En revanche, les animaux inefficients avaient des concentrations plus importantes en acides aminés circulants. Cette découverte implique que la sélection génétique pour l’efficience alimentaire a pu avoir un effet sur le métabolisme du citrate et/ou des acides aminés et ouvre la porte à de nouvelles études ciblées sur les mécanismes métaboliques associés à l’efficience alimentaire comme l’efficacité de la chaîne de phosphorylation oxydative mitochondriale ou le turnover protéique
A fast method of material, design and process eco-selection via topology optimization, for additive manufactured structures
Full text linkWe propose an innovative approach to minimize the greenhouse gas impacts of additive manufactured structures over their entire life cycle. The novelty of our method lies in its simultaneous optimization of material selection, process selection, and design optimization. To fully leverage the potential benefits of additive manufacturing, we use topology optimization and compile a comprehensive database of printed materials and printing processes, which we share with the wider community. To account for the complex interdependence between materials and processes, our method employs a pairing system, which we efficiently reduce using topology optimization properties and a generalized form of Ashby indices. To enhance computational efficiency, we employ a meta-model. We validate our proposed method through successful testing on an aeronautical case and a pedestrian bridge, demonstrating its robustness even in the presence of environmental data uncertainty. The optimal material-process pair for the aeronautical structure is the cobalt-based super-alloy with the LENS process. Despite this pair having the highest material and processing emissions, the resulting lighter part lowers the use phase emissions. It appears that precise mechanical data is needed for the method to give accurate results: a 20% drop of Young's modulus totally disrupts the material-process pair ranking
Approche tensorielle pour la résolution des équations intégrales en acoustique et en électromagnétisme
Full text linkLa résolution de problèmes de diffraction d’ondes en régime harmonique par des méthodes intégrales de frontière conduit à des systèmes linéaires pleins dont le stockage et la résolution efficaces sont encore des sujets d’actualité malgré les avancées significatives apportées par les méthodes FMM (Fast Multipole Method) et H-matrix. Cette thèse a pour objectif d’étudier un algorithme de compression matricielle encore peu utilisé dans ce contexte : la décomposition Quantized Tensor Train (QTT). Les matrices sont exprimées dans un format tensoriel, c’est-à-dire sous la forme d’un tableau multidimensionnel, et comprimées à l’aide d’une généralisation de la séparation des variables permettant un stockage parcimonieux et hiérarchique. Près de 2 à 3 ordres de grandeur de différence en mémoire peuvent être observés par rapport aux H-matrices et dans certains cas le stockage peut être estimé en O(N) ou en O(logN) (N étant le nombre de degrés de liberté). À travers des expériences numériques 2D et 3D en acoustique et en électromagnétisme, nous mettons en lumière les avantages et les limites de cette méthode. Son évaluation nous permet de proposer des techniques d’utilisation de QTT au service de l’accélération des solveurs H-matrix et FMM. En particulier nous montrons que, grâce à l’algorithme QTT, il est possible de construire des préconditionneurs efficaces et originaux pour traiter des problèmes de diffraction par des objets non canoniques telles des surfaces ouvertes exfoliées, rugueuses ou résonnantes
Numerical Analysis of a Structure-Preserving Space-Discretization for an Anisotropic and Heterogeneous Boundary Controlled N-Dimensional Wave Equation As a Port-Hamiltonian System
Full text linkThe anisotropic and heterogeneous N -dimensional wave equation, controlled and observed at the boundary, is considered as a port-Hamiltonian system. A recent structure-preserving mixed Galerkin method is applied, leading directly to a finite-dimensional port-Hamiltonian system: its numerical analysis is carried out in a general framework. Optimal choices of mixed finite elements are then proved to reach the best trade-off between the convergence rate and the number of degrees of freedom for the state error. Exta compatibility conditions are identified for the
Hamiltonian error to be twice that of the state error, and numerical evidence is provided that some combinations of finite element families meet these conditions. Numerical simulations are performed in 2D to illustrate the main theorems among several choices of classical finite element
families. Several test cases are provided, including non-convex domain, anisotropic or heterogeneous cases and absorbing boundary conditions
Prediction of Gust Aeroelastic performance of HALE using Graph Neural Networks
Full text linkGraph Neural Networks have been applied to learn the flight and structural dynamics of an High Altitude Long Endurance aircraft in discrete gust. The graph network methodology allows building a model for structural displacements, loads and aircraft flight dynamics leveraging on the inductive bias given by the physical connections. The results show promising capabilities in model approximation and potential for symbolic identification of aerodynamics and structural forces