Thèse de Doctorat
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Item Generation and modeling of the mechanical behavior in compression of stochastic foams(University of Batna 2, 2024) KHENNAB AbdelghaniThe deformation characteristics and mechanical behaviour of 3D-printed stochastic open-cell foam structures were experimentally studied under a quasi-static compression test. PLA foam specimens with irregular cell geometry, variable strut sections and prescribed relative density are constructed numerically using the Voronoi diagrams and prepared with fused deposition modelling. The design procedure allows controlling the strut topology easily, which makes the geometrical model suitable for studying the effect of local morphological characteristics on the mechanical performance of open-cell foam material. The effect of different morphological characteristics on the compressive mechanical behaviour of the fabricated PLA foam was examined in detail. Compression experiments prove that the mechanical properties significantly dependent on the relative density and strut section shape. The main mechanical properties of the 3D-printed PLA foams for different cross-sectional shapes of struts were obtained via the energy-efficient method and expressed with the two common formulas existing in the literature.Item Étude de l’amélioration des échanges thermiques dans les tubes courbés longitudinalement. Application aux capteurs solaires à concentration linéaire(University of Batna 2, 2024) CHERIET KamelCe travail de thèse porte sur la caractérisation numérique et expérimentale des tubes échangeurs courbés longitudinalement en forme de C cycliquement inversés (TCL). Dans un premier temps, une étude numérique des performances thermiques des TCL est réalisée afin de délimiter les frontières entre les tubes échangeurs courbés hélicoïdalement (TCH) (coils en anglais) et les TCL. À travers cette étude comparative numérique, nous avons tenté d’identifier si les corrélations empiriques du nombre de Nusselt (Nu) et du coefficient de frottement (f), développées explicitement pour les TCH, pourraient être appliquées aux TCL. Les premiers résultats des simulations ont révélé un bon accord pour le nombre de Nusselt, tandis que le facteur de frottement semble dépendre de plusieurs autres paramètres, à l'image du rapport d'amplitude, défini explicitement dans cette première partie de la thèse. Suite aux résultats encourageants de l’étude numérique, nous sommes passés à un niveau supérieur dans le long chemin de la caractérisation thermo-hydraulique des configurations TCL (Tube courbé Longitudinalement) en C cycliquement inversés, celui de la mise en place d’un dispositif expérimental pour l’étude thermo-hydraulique des écoulements et l’établissement de corrélations pour le nombre de Nusselt et le coefficient de frottement. Étant donné l'indisponibilité de ces configurations sur le marché national, le premier pas consiste donc à réfléchir à la manière de réaliser d’une façon idéalement lisse, sans aucun pli, cette forme de tubes courbés. À cette fin, une étude du procédé de formage des tubes en acier inoxydable pour obtenir ce type de forme a été réalisée. La finalité de cette partie est de présenter la méthodologie engagée dans l’étude, la conception et la construction d’une cintreuse plane de tubes en acier inoxydable, pour le formatage courbé longitudinale en C cycliquement inversés. Une fois les configurations TCL de différentes tailles obtenues dans le dispositif conçu à cet effet, une étude expérimentale est engagée pour analyser les échanges de chaleur produits par ces configurations. De l’eau distillée est utilisée comme fluide caloporteur. À travers la mesure de températures, de pressions, de débits et de puissances de chauffe, des courbes caractérisant le nombre de Nusselt et le coefficient de frottement ont été élaborées.Item Contribution à l’analyse des structures par approche numérique en déformation(University of Batna 2, 2024) CHICHOUNE SamiraCette thèse, dans une première partie, porte sur le développement d’un nouvel élément fini rectangulaire simple à quatre nœuds pour l’analyse en flexion de plaques minces. Le champ de déplacements de cet élément est basé sur les fonctions supposées pour les différentes déformations satisfaisant les équations de compatibilité. Cet élément développé possède trois degrés de liberté à chaque nœud (deux rotations et une translation), et a passé avec succès les tests de référence dans le cas de plaques minces sans phénomène de verrouillage en cisaillement. Les résultats numériques obtenus en utilisant l’élément développé convergent vers des solutions analytiques et de référence. Dans une deuxième partie, un nouvel élément finis membranaire basé sur la formulation en déformations avec rotation dans le plan pour l’analyse statique et vibratoire libre a été développée. Il contient quatre nœuds et trois degrés de liberté à chaque nœud (deux translations et une rotation fictive). Le champ de déplacements de cet élément fini satisfait les équations de compatibilité. Plusieurs exemples numériques ont été résolus par cet élément et les résultats obtenus sont en bonne concordance avec les solutions analytiques.Item Etude des matériaux bioactifs dédié à l'implantologie dentaire(University of Batna 2, 2024) SOUALHI AmelL'objectif de ce travail est d'identifier le matériau le plus approprié et le plus proche en termes de propriétés mécaniques de l'os à remplacer la racine de la dent sans symptômes indésirables selon la méthode des "voisins les plus proches », puis nous avons modélisé l'implant et sa mise en place en utilisant Abaqus et d'extraire le stress, la pression et la transition de cet implant avec un groupe de biomatériaux.Item Analyse De La Réponse Des Coques Sous Différents Chargements Par La Méthode Des Eléments Finis(University of Batna 2, 2024) BELHADJ MouradLe but de ce travail est de présenter une méthode de calcul numérique précise capable de prédire le comportement d'une coque du mât d’une éolienne caractérisée par une découpe de porte dans la partie inférieure, afin de faciliter l'accès pour les travaux d’entretien. Une étude paramétrique a été menée dans ce contexte. La structure étudiée de la tour en acier est considérée comme une coque cylindrique avec section et épaisseur constantes le long de sa hauteur. La géométrie de la tour a été modélisée par d'élément de type coque linéaires. Les concepteurs utilisent des renforcements intérieurs ou extérieurs pour éviter le flambement global ou local et minimiser la perturbation de la distribution des contraintes dans des conditions extrêmes. Les conceptions adoptées dans les modèles sont proposées pour atteindre des résultats optimisés, à savoir la minimisation de la masse et la rigidité à la fin du travail. De nombreuses configurations ont été considérées dans cette étude ; le renforcement de la découpe par un panneau cylindrique en variant la valeur de l’épaisseur, par des raidisseurs longitudinaux, par des raidisseurs combinés (longitudinaux et circonférentiels) et finalement avec un panneau raidi (longitudinaux et ou longitudinaux/circonférentiels). Un modèle numérique a été proposé pour examiner le comportement en compression d’une coque cylindrique en utilisant le logiciel Abaqus. Les résultats obtenus peuvent répondre aux exigences de la structure de la tour éolienne. Il a été observé que le modèle à panneau cylindrique raidi verticalement donne des résultats fiables à la stabilité sous une charge extrême. D’autre part il est économiquement rentable et moins de matériel est nécessaire à la fabrication, ce qui réduit le coût.Item Numerical modeling and study of the behavior of metallic foams under impact(University of Batna 2, 2023) BENSALEM IlyasThis research work presents an original approach to generate a realistic and accurate 3D computational model of irregular closed-cell foams with relative density control and detailed finite element analysis of their mechanical performance under quasi-static loading up to densification. The modeling approach was successfully verified by comparing cell-morphological details of the generated models with those produced experimentally available in the literature and by the high-quality of obtained 3D printed models containing complex shapes and irregular cell wall thickness distribution. The performance of the proposal in finite element analysis has been investigated by subjecting a designed 3D RVE solid model of closed-cell aluminum foam to a quasi-static loading up to the densification stage, which is the range of deformation usually utilized in engineering applications. The new design method offers suitable numerical models for AM technology, and plenty of experimental works on closed-cell foam can be reduced for engineering applications.Item Numerical Study of Turbulent Mixing with or without Chemical Reactions in Various Geometrical Configurations(University of Batna 2, 2024) LACHRAF AbdelbassetIn recent years, the trend towards miniaturization has driven the advancement of micro combustion-based power generators, with the Micro-Thermophotovoltaic (MTPV) system emerging as a promising technology. This doctoral research aims to enhance micro combustor performance through innovative solutions. It investigates a novel micro combustor design featuring equidistant angled ribs on the inner wall of the downstream channel. The study explores flow dynamics, combustion behavior, and thermal performance, revealing significant improvements in wall temperature levels and thermal efficiency with the introduction of angled ribs. Increasing rib number and heights further with the micro-combustor cross section enhances thermal performance by facilitating ignition and sustaining stable flames. The proposed micro -combustor configuration demonstrates superior thermal characteristics, contributing to the development of more efficient and sustainable energy generation technologies. Addressing existing research gaps, particularly in rib geometries, the study emphasizes the importance of an integrative analysis approach. By bridging the gaps, it aims to advance the field of micro -combustion and provide valuable insights for future innovations in sustainable power generation.Item Etude des performances mécaniques et énergétiques des centrales solaires à tour dans le climat Algérien(University of Batna 2, 2022) Hakim MERARDAL’étude technico-économique et l’évaluation des centrales solaires à tour sont importantes pour réduire le coût de l’électricité. Car il doit être compétitif avec celui des combustibles fossiles. Pour atteindre un coût actualisé de l'électricité de 0,10 USD/kWh, les héliostats ne doivent pas coûter plus de 120 USD/m . L'un des principaux défis des centrales solaire à tour est la réduction du coût de champ héliostatique. La conception optimale, la sélection des pièces appropriées et les dimensions adaptées permettent une réduction significative du coût des héliostats. L’objectif de la présente thèse est d’étudier l’influence de la forme des héliostats de petites tailles sur les charges de vent, sur le coût des héliostats et sur l’efficacité d’une centrale solaire à tour. Pour cette raison et comme première étape, En utilisant la soufflerie et la simulation numérique, les charges de vent ont été déterminées sur trois formes d’héliostat (carré, octogone et cercle) dans des conditions d'écoulement aérodynamique laminaire et turbulent à vitesse uniforme et variable. Dans la deuxième étape de cette thèse, Sur la base des coefficients des charges de vent qui ont été déterminés dans la première étape, trois héliostats de petites tailles et de différentes formes sont conçus et dimensionnés ainsi que le coût de ces héliostats est déterminé. Enfin, pour améliorer l’efficacité du mini centrale solaire à tour 1TSC-DZ de l’URAER Ghardaïa, l’influence de la forme du récepteur et des héliostats sur le rendement optique de cette centrale solaire a été étudiée. Pour trois formes géométriques d’héliostats (carré, octogonale et circulaire) et trois formes géométriques de récepteur (cube, parallélépipède rectangle et trapèze), la densité du flux solaire sur le récepteur a été simulée utilisant un logiciel d'ingénierie optique TracePro. Cette simulation a été effectuée pour les trois jours : solstice d’été, solstice d’hiver et d’équinoxe. Les résultats montrent que la forme des miroirs au léger impact sur les charges de vent et les coûts des héliostats de petites tailles. Concernant l’efficacité de la mini centrale solaire à tour de 2 l’URAER Ghardaïa, la forme du récepteur a une influence importante sur le rendement optique. Alor que les formes des héliostats ont un léger impact sur le rendement.Item Numerical study of two-phase streams in a linear solarconcentrator with a new S-shaped absorber. Application: Direct Steam Generation(University of Batna 2, 2023) ACHI AlladdineThis numerical study focuses on the feasibility of the new solar receiver proposed and patented by Demagh Yassine in 2015 for linear concentrating modules. After the promising numerical results obtained in single-phase flow with synthetic oil, it was interesting to move towards the Direct Steam Generation (DSG) in parabolic trough collectors by adopting the scenario where this absorber would replace the conventional straight one in a full-scale installation like the DISS test facility in Almeria, Spain. First, the mathematical model was validated by comparison with experimental data for boiling flows in straight and coiled horizontal tubes at a laboratory scale and followed by validation under actual conditions in the commercial scale of the DSG in the DISS facility. Preforming 3D simulations in the OpenFOAM environment, the obtained numerical results were more than satisfactory. In the second step, the previously validated model is used to perform simulations of DSG in the DISS facility parabolic trough collector equipped with the new S-curve absorber in replacement of the conventional straight one; the same (actual) operating conditions are adopted for both absorbers for better performance comparison. The curved shapes of the tube greatly disturb the stratified flow by converting it into a stratified wavy and slug flows, further improving the evaporative heat transfer coefficient. It is evident that a penalty accompanies any improvement in thermal performance in terms of pressure drops, but it remains entirely acceptable. The S-curved absorber is not recommended when the conventional straight absorber can provide an annular flow alone, which is not always true.Item Etude numérique du comportement des endoprothèses cardiovasculaires " Cas de stent biodégradable "(University of Batna 2, 2023) LOUNANSA SalimLes complications survenant après la transplantation de stents conventionnels font courir un risque élevé aux patients cardiovasculaires athérosclérotiques. Les endoprothèses biodégradables en acide poly-lactique (PLA) offrent des solutions pratiques pour les vaisseaux malades (athérosclérotiques) et évitent les complications secondaires des vaisseaux et leur incompatibilité avec les endoprothèses permanentes à long terme. Le PLA est un matériau biodégradable et fiable qui est utilisé pour la conception de stents biodégradables afin de maintenir le comportement mécanique naturel des vaisseaux sanguins. Dans cette étude, nous suggérons une nouvelle section transversale 'circulaire et elliptique' basée sur la section transversale de base de forme carrée pour étudier le comportement mécanique des stents sous une pression sanguine pulsatile dans les vaisseaux sanguins afin de choisir la meilleure forme pour permettre la biodégradabilité des stents en acide poly-lactique (PLA) par une étude numérique de fatigue. Trois types de sections transversales de stents ont été analysés afin de comparer leurs propriétés mécaniques en termes de contrainte, de déformation, de dommage par fatigue et de cycle de vie. Les résultats numériques obtenus à partir de la méthode d'analyse par éléments finis (FEA) démontrent que les modèles de stents elliptiques et circulaires ont une meilleure efficacité en termes de contrainte et de déformation (16,66¬33,33%) et de dommages par fatigue (62,4-86,07%) par rapport au modèle carré.