Étude de la composition chimique et des propriétés thermodynamiques et radiatives d'un plasma de SF6-C2F4 en condition de déséquilibre thermique

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Book Synopsis Étude de la composition chimique et des propriétés thermodynamiques et radiatives d'un plasma de SF6-C2F4 en condition de déséquilibre thermique by : Xavier Baumann

Download or read book Étude de la composition chimique et des propriétés thermodynamiques et radiatives d'un plasma de SF6-C2F4 en condition de déséquilibre thermique written by Xavier Baumann and published by . This book was released on 2019 with total page 126 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le transport du courant électrique sur de longues distances nécessite l'emploi de la haute-tension pour minimiser les pertes en énergie. Toutefois, lorsqu'un défaut survient sur le réseau, il faut pouvoir couper le courant électrique. À cette fin, on utilise des appareils spécifiques comme les disjoncteurs haute-tension qui doivent être capables de couper l'arc électrique qui se forme lors de l'ouverture des contacts électriques. Afin de concevoir et d'améliorer les disjoncteurs, les industriels recourent de plus en plus aux modélisations numériques simulant le comportant de l'arc électrique et du plasma qui le sous-tend. Toutefois, les phénomènes ayant lieu dans le plasma sont complexes et nécessitent une expertise bien spécifique, disponible dans les laboratoires de recherche publique. Cette thèse s'inscrit dans un partenariat entre l'industriel Siemens et l'équipe AEPPT du LAPLACE dans le but de créer une banque de données, nécessaire aux modélisations numériques, afin d'étudier spécifiquement la phase d'extinction de l'arc électrique. Cette banque porte sur les propriétés thermodynamiques et radiatives du plasma. Les coefficients de transport, essentiels, ont fait l'objet d'une autre thèse effectuée en parallèle de celle-ci par G. Vanhulle. Le calcul de ces propriétés est relativement bien connu si le plasma est à l'équilibre thermodynamique. Néanmoins, lors de l'extinction de l'arc, les électrons libres et les particules lourdes (molécules, atomes et ions) ne sont plus nécessairement à l'équilibre thermique et sont décrits par des températures différentes (on parle alors de plasma 2T). L'originalité de cette thèse réside dans l'extension du calcul des propriétés d'un plasma SF_6-C_2 F_4 en conditions hors équilibre thermique. Nous commençons par discuter le calcul des températures internes des espèces lourdes (température d'excitation des niveaux électroniques, vibrationnels et rotationnels) puis le calcul des fonctions de partition, indispensables pour obtenir les autres propriétés du plasma. Pour obtenir la composition chimique 2T du plasma, nous avons développé une approche fondée sur la cinétique chimique qui est basée sur un ensemble d'équations de bilan de peuplement, permettant de limiter les approximations physiques simplificatrices. Toutefois, cette approche n'est pas adaptée pour calculer une grande banque de données. Nous avons donc opté pour une méthode de calcul de la composition selon deux lois d'action de masse multi-températures. À l'aide des compositions chimiques obtenues, nous calculons ensuite les propriétés thermodynamiques et radiatives. Les propriétés thermodynamiques (densité, enthalpie et capacité thermique) sont décrites et les résultats sont discutés. Les propriétés radiatives sont plus complexes à obtenir. Nous présentons en détails les processus radiatifs et les phénomènes d'élargissement des raies atomiques permettant d'obtenir les coefficients d'émission et d'absorption du plasma. Enfin, nous discutons le transfert du rayonnement à travers le plasma et nous présentons nos résultats en utilisant la méthode du coefficient d'émission nette permettant de déterminer la divergence du flux radiatif dans les modèles magnétohydrodynamiques.

Étude de la cinétique chimique et des propriétés de transport d'un plasma d'arc SF6-C2F4 en déséquilibre thermique

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Book Synopsis Étude de la cinétique chimique et des propriétés de transport d'un plasma d'arc SF6-C2F4 en déséquilibre thermique by : Gabriel Vanhulle

Download or read book Étude de la cinétique chimique et des propriétés de transport d'un plasma d'arc SF6-C2F4 en déséquilibre thermique written by Gabriel Vanhulle and published by . This book was released on 2018 with total page 168 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La modélisation d'un disjoncteur haute tension par un modèle MHD nécessite des banques de données de propriétés du plasma afin de simuler le comportement de l'arc électrique. L'hypothèse d'équilibre thermodynamique local est souvent utilisée afin de calculer ces propriétés. Cependant les conditions d'équilibre ne sont pas remplies près des parois ou des électrodes, ou lors du passage par zéro du courant. Les écarts à l'équilibre (thermique notamment) modifient alors considérablement la chimie et les propriétés du plasma. L'étude de ces propriétés dans ces conditions nécessite alors de supposer que le plasma est à deux températures (2T). Le calcul des propriétés du plasma à 2T fait l'objet de cette thèse. La première partie de cette thèse présente le contexte industriel à l'origine de cette étude. Les hypothèses de base qui sous-tendent l'hypothèse 2T sont ensuite rappelées. Dans cette partie une attention spéciale est portée aux températures caractéristiques de peuplement des modes d'énergies internes. Deux jeux d'hypothèses portant sur ces températures sont utilisés dans ces travaux, et le choix de ces hypothèses est discuté. La deuxième partie de ce travail est consacrée au calcul de composition d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Ce calcul sera fait avec deux méthodes différentes : la première repose sur la loi d'action de masse étendue à 2T, et la seconde sur un calcul collisionnel-radiatif. Des exemples de composition obtenus avec ces deux méthodes sont présentés. Les hypothèses portant sur les températures de peuplement des niveaux d'énergies internes sont discutées au vu de ces résultats. Le troisième chapitre de cet ouvrage aborde le calcul des propriétés thermodynamiques à 2T du plasma. Les formulations théoriques de chacune de ces propriétés sont d'abord rappelés, et les résultats issus de ces expressions sont ensuite présentés et discutés, pour les deux méthodes de calcul de la composition. Le quatrième chapitre est dédié au calcul des coefficients de transports d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Cette partie s'appuie sur une étude bibliographique des méthodes de calcul déjà existantes et des données indispensables à l'obtention de ces propriétés (intégrales de collision). Pour chaque propriété (viscosité, conductivité électrique et conductivité thermique) les différentes méthodes de calcul recensées dans la littérature sont comparées. Le choix de la technique de calcul la plus appropriée est réalisé par confrontation de résultats à l'ETL. Une attention toute particulière est portée au calcul de la partie réactive de la conductivité thermique, et une formulation adaptée aux besoins de ce travail est proposée. Les résultats issus de ces expressions sont présentés et discutés suivant la même logique quand dans le chapitre précédent.

etude de la composition et des proprietes thermodynamiques des plasmas thermiques a l'equilibre et hors d'equilibre thermodynamique

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Book Synopsis etude de la composition et des proprietes thermodynamiques des plasmas thermiques a l'equilibre et hors d'equilibre thermodynamique by : Pascal André

Download or read book etude de la composition et des proprietes thermodynamiques des plasmas thermiques a l'equilibre et hors d'equilibre thermodynamique written by Pascal André and published by . This book was released on 1995 with total page 125 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette etude est consacree a la determination theorique de la composition et des proprietes thermodynamiques des plasmas thermiques a l'equilibre et hors d'equilibre thermodynamique. dans le cas des plasmas a l'equilibre thermodynamique, la methode de la minimisation de l'enthalpie libre est employee. pour cela, une banque de donnees thermodynamiques, necessitant le calcul des fonctions de partition de chaque espece prise en compte, est constituee. le formalisme numerique utilisant la methode de minimisation steepest descent de white et al, est rappele. dans le cas des plasmas hors d'equilibre thermique, l'enthalpie libre totale est etablie en associant une temperature a chaque degre de liberte. les fonctions de partition des especes diatomiques doivent alors etre modifiees. la methode numerique steepest descent de white et al est alors adaptee. cette methode de calcul permet plusieurs hypotheses sur les temperatures internes: rotation, vibration et excitation electronique. les methodes de calculs basees sur la minimisation de l'enthalpie libre, sur les lois d'action de masse, sur une approche cinetique dans le cas des plasmas hors d'equilibre thermique sont comparees. les deux premieres methodes donnent des resultats identiques mais different de la troisieme. le calcul des constantes d'equilibre chimique est alors modifie ce qui permet de determiner la composition des plasmas hors d'equilibre thermique et chimique. les calculs sont appliques a de nombreux plasmas ayant un rapport direct avec les applications industrielles, ou generes a partir de melanges de gaz etudies experimentalement au laboratoire: ? disjoncteurs: plasmas de vapeurs d'isolants (pe, pom, petp, pmma, pa6-6) ? detection des composes polluants emis lors de la combustion du charbon (hap) ? melange ar-co#2, o#2, n#2, h#2. de nombreux developpements peuvent etre envisages, par exemple: ? systeme polyphasique (solide, liquide) ? calcul du desequilibre thermique en fonction du champ electrique

Etude expérimentale et propriétés radiatives d'un plasma thermique induit par impact laser à la surface de milieux aqueux eau-chlorure de calcium/chlorure de magnésium/chlorure de sodium

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Book Synopsis Etude expérimentale et propriétés radiatives d'un plasma thermique induit par impact laser à la surface de milieux aqueux eau-chlorure de calcium/chlorure de magnésium/chlorure de sodium by : Riadh Hannachi

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Etude expérimentale du rayonnement d'un plasma hyperenthalpique de dioxyde de carbone et de l'interaction plasma-surface

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Book Synopsis Etude expérimentale du rayonnement d'un plasma hyperenthalpique de dioxyde de carbone et de l'interaction plasma-surface by : Noémie Brémare

Download or read book Etude expérimentale du rayonnement d'un plasma hyperenthalpique de dioxyde de carbone et de l'interaction plasma-surface written by Noémie Brémare and published by . This book was released on 2014 with total page 250 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L’entrée hypersonique d’un engin dans l’atmosphère de Mars entraine la création d’une onde de choc détachée de la paroi en amont de l’appareil. Cette couche de choc est le lieu de création d’un plasma hors équilibre à haute enthalpie composé d’espèces fortement radiatives (CO2, CO, C2, CN, O...). Dans l’optique d’un futur vol habité vers la planète Mars, il est primordial d‘estimer le flux radiatif à la paroi afin d’avoir une protection thermique de l’appareil suffisante. L’objectif de cette thèse est la compréhension de la physico-chimie du plasma dans ces conditions thermodynamiques proches de la couche de choc en proche paroi lors d’une entrée martienne. Un des moyens de reproduire en laboratoire ces conditions extrêmes est la torche à plasma inductive. Deux configurations aérodynamiques sont étudiées : le plasma en situation de jet libre ainsi créé et son interaction avec un échantillon de SiC (matériau non ablatif). L’introduction d’une surface dans l’écoulement proche équilibre entraine la formation d’une couche limite thermique et chimique (liée aux réactions de paroi). La caractérisation de la physico-chimie du plasma est faite par spectroscopie d’émission. Le rôle des différentes espèces radiatives, CO, C2, C et O, est exposé et la température cinétique du plasma est estimée. L’étude du rayonnement montre le déséquilibre entre le mode de stockage de l’énergie des états excités des espèces radiatives avec la translation. Différents modes de production des états excités sont proposés et les voies privilégiées sont discutées. Des analyses de surface sont réalisées afin d’avoir des informations supplémentaires sur la physico-chimie du plasma. Ces analyses et les observations faites par spectroscopie d’émission permettent de conclure sur la présence de carbone à la paroi suite à une oxydation sélective du SiC. Un autre résultat majeur est la présence de bulles déjà observées dans la littérature et signataires de la transition entre les régimes d’oxydation passive et active.

Contribution à l'étude des propriétés des plasmas à deux températures

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Book Synopsis Contribution à l'étude des propriétés des plasmas à deux températures by : Hugues Hingana

Download or read book Contribution à l'étude des propriétés des plasmas à deux températures written by Hugues Hingana and published by . This book was released on 2010 with total page 166 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Dans le domaine des plasmas thermiques, de nombreux procédés industriels sont caractérisés en supposant l'équilibre thermique. Cependant ces conditions d'équilibre ne sont pas remplies près des bords des plasmas crées par des arcs électriques ou des jets de plasmas. Les écarts à l'équilibre modifient alors considérablement la cinétique chimique du milieu et peuvent affecter le procédé étudié. La compréhension, l'analyse et la prédiction de ces procédés demandent alors une modélisation physique du plasma à deux températures (2T). Cette modélisation s'appuie sur le calcul préalable des propriétés du plasma 2T, calcul qui fait l'objet de cette thèse. La première partie de ce travail est consacrée au calcul de la composition d'un plasma à 2T. Il existe dans la littérature plusieurs théories permettant de calculer les densités des espèces pour un plasma hors équilibre mais l'originalité de ce travail se trouve dans l'établissement d'une loi " pseudo cinétique " régissant le peuplement des espèces. La seconde partie concerne le calcul des propriétés thermodynamiques. Elle s'appuie sur une étude bibliographique des méthodes de calcul déjà existantes et des données indispensables à l'obtention de telles propriétés. Un effort particulier est fait pour séparer les contributions des électrons et celles des particules lourdes dans les échanges d'énergie. La dernière partie de cette thèse est dédiée aux calculs des coefficients de transport. Nous évoquons les grandes lignes de calculs des propriétés intermédiaires avant de présenter les différentes théories existantes dans la littérature. Tous les résultats ont été validés par confrontation du calcul à l'ETL avec la littérature.

CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA MOLECULE DE CO#2 SUR UN PLASMA DE MELANGE AR-CO#2. ETUDE EXPERIMENTALE DE LA REPARTITION RADIALE DES TEMPERATURES DANS UN PLASMA AR-CO#2

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Book Synopsis CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA MOLECULE DE CO#2 SUR UN PLASMA DE MELANGE AR-CO#2. ETUDE EXPERIMENTALE DE LA REPARTITION RADIALE DES TEMPERATURES DANS UN PLASMA AR-CO#2 by : ESSAADIA.. MAOUHOUB

Download or read book CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA MOLECULE DE CO#2 SUR UN PLASMA DE MELANGE AR-CO#2. ETUDE EXPERIMENTALE DE LA REPARTITION RADIALE DES TEMPERATURES DANS UN PLASMA AR-CO#2 written by ESSAADIA.. MAOUHOUB and published by . This book was released on 1997 with total page 152 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: CE TRAVAIL COMPREND DEUX PARTIES ESSENTIELLES : UNE PARTIE THEORIQUE ET UNE PARTIE EXPERIMENTALE. LA PARTIE THEORIQUE EST CONSACREE A LA MISE AU POINT D'UN FORMALISME NUMERIQUE (METHODE DE NEWTON-RAPHSON) EN UTILISANT LES LOIS D'EQUILIBRE DE LA THERMODYNAMIQUE POUR LE CALCUL DE LA COMPOSITION ET LES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DES PLASMAS THERMIQUES. CE CALCUL A ETE APPLIQUE POUR DIFFERENTES VALEURS DE POURCENTAGES DE CO#2 AFIN DE METTRE EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE CETTE MOLECULE SUR LES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DU PLASMA DU MELANGE AR-CO#2 A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE. LA PARTIE EXPERIMENTALE CONSTITUE LA PARTIE PRINCIPALE ET ESSENTIELLE DE CE TRAVAIL. NOUS AVONS MIS AU POINT LA CHAMBRE A ARC STABILISE PAR PAROIS (TYPE MAECKER MODIFIE) AFIN DE DISPOSER D'UN ARC STABLE DANS LE TEMPS. LES METHODES DE DIAGNOSTIC DU PLASMA SONT BASEES SUR LA SPECTROSCOPIE D'EMISSION. DEUX METHODES D'INTERPOLATION (POLYNOME, SPLINE) POUR LE LISSAGE DES POINTS EXPERIMENTAUX SONT COMPAREES. LES PROFILS DE TEMPERATURES D'EXCITATION SONT DETERMINES A PARTIR DES RAIES ATOMIQUES (ARGON, CARBONE, OXYGENE) ET LES PROFILS DE TEMPERATURE DE ROTATION A PARTIR DES SPECTRES MOLECULAIRES OBSERVES, SYSTEME DE SWAN C#2 (0,0) ET SYSTEME VIOLET DE CN (0,0). LES PRINCIPAUX RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS MONTRENT QUE : - LA COMPOSITION LOCALE DU PLASMA N'EST PAS CELLE INJECTEE, - LA TEMPERATURE AUGMENTE EN FONCTION DU COURANT, - LE GRADIENT DE TEMPERATURE DIMINUE QUAND LE COURANT AUGMENTE, - LES FORMES DES PROFILS DES TEMPERATURES D'EXCITATION SONT MODIFIEES POUR LE PLASMA DU MELANGE AR-CO#2, - LE GRADIENT DE TEMPERATURE DIMINUE QUAND ON AUGMENTE LE POURCENTAGE DE CO#2, - LA FORMATION D'UN NOYAU A TEMPERATURE ELEVEE SUR L'AXE DE LA DECHARGE ET D'UN DEBUT DE PALIER ENTRE 7 000K ET 8 500K, - LES TEMPERATURES DE ROTATIONS SONT VRAISEMBLABLEMENT CELLES DE LA PERIPHERIE.

Etude du transfert radiatif d'un plasma thermique d'air

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Book Synopsis Etude du transfert radiatif d'un plasma thermique d'air by : Narjisse Kabbaj

Download or read book Etude du transfert radiatif d'un plasma thermique d'air written by Narjisse Kabbaj and published by . This book was released on 2019 with total page 158 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Dans la simulation des arcs électriques, une estimation de la contribution radiative est indispensable pour fournir une description satisfaisante du comportement thermique du plasma. La prédiction précise de la divergence du flux radiatif (DFR) est essentielle pour déterminer l'évolution de la température de l'arc. Afin de décrire avec précision les effets radiatifs, la résolution de l'équation de transfert radiatif (ETR) est nécessaire moyennant la connaissance du coefficient d'absorption du milieu. Malheureusement, ce coefficient étant dépendant de la température et de la longueur d'onde, cette équation s'avère complexe à résoudre et coûteuse en temps de calcul. De nombreuses méthodes approximatives sont ainsi développées pour simplifier le calcul des propriétés radiatives. Dans ce travail, nous décrivons finement le spectre d'un plasma d'air avec près de 7.106 points en fréquence (ou longueur d'onde). A partir de ce découpage, nous calculons la DFR, soit à partir de la méthode approchée du coefficient d'émission nette (CEN) basée sur une simplification géométrique du plasma, soit à partir de coefficients moyens d'absorption (CMA) obtenus après découpage du spectre en 6 intervalles spectraux utilisant différentes moyennes (Classique, Planck, Planck modifiée et Rosseland), soit à partir d'un calcul " exact " correspondant à la résolution directe de l'ETR. Les calculs sont réalisés pour 9 configurations simples en 1D simulant un plasma cylindrique dont la température ne varie qu'en fonction du rayon. Les différentes étapes de calcul y sont présentées mettant en évidence l'influence de certains paramètres comme la largeur et la température maximale du profil de température, la pression, les vapeurs de cuivre .... Une grande partie de ce travail porte sur la comparaison des résultats obtenus par le calcul " exact " avec ceux déduits des différentes méthodes approchées dans le but de valider leur utilisation ainsi que leur précision. Cette comparaison nous a permis de développer une méthodologie d'optimisation apportant des améliorations au calcul des méthodes approchées (CEN et CMA) permettant ainsi une meilleure description du rayonnement. Enfin, ce travail présente le développement d'un modèle d'arc libre 2D axisymétrique résolvant les équations de Navier-Stockes et de Maxwell par la méthode des volumes finis. Celui-ci permet une comparaison entre la méthode du CEN et la méthode P1 qui tient compte de l'absorption du rayonnement des zones froides.

MODELISATION DES PROPRIETES DE JETS DE PLASMA RAREFIES EN DESEQUILIBRE

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Book Synopsis MODELISATION DES PROPRIETES DE JETS DE PLASMA RAREFIES EN DESEQUILIBRE by : Wenxian Fan

Download or read book MODELISATION DES PROPRIETES DE JETS DE PLASMA RAREFIES EN DESEQUILIBRE written by Wenxian Fan and published by . This book was released on 1992 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: CE TRAVAIL EST CONSACRE A LA MODELISATION DES JETS DE PLASMA A BASSE PRESSION ET A HAUTE TEMPERATURE. CES JETS SE TROUVANT EN EQUILIBRE OU EN DESEQUILIBRES THERMIQUE ET CHIMIQUE, SONT ETUDIES AU LABORATOIRE D'AEROTHERMIQUE DE MEUDON DANS LE CADRE DE SIMULATION DES CONDITIONS DE RENTREES D'UN ENGIN DANS LA HAUTE ATMOSPHERE TERRESTRE. LA COMPOSITION D'UN PLASMA D'AZOTE EN DESEQUILIBRE THERMIQUE ET CELLE D'UN PLASMA D'AZOTE-METHANE (ATMOSPHERE DE SATELLITE TITAN) SONT CALCULEES DANS LES DIFFERENTES CONDITIONS DE PRESSION ET DE TEMPERATURE EN UTILISANT RESPECTIVEMENT LA METHODE DE SAHA MODIFIEE ET CELLE DE BRINKLEY. CERTAINES PROPRIETES THERMIQUES SONT CALCULEES EN UTILISANT LA FONCTION DE PARTITION DES ESPECES D'APRES LES CONSTANTES DES STRUCTURES DES MOLECULES ET DES ATOMES. LA THEORIE CINETIQUE DES GAZ EST CHOISIE POUR DETERMINER LES PROPRIETES DE TRANSPORT D'UN PLASMA D'AZOTE EN DESEQUILIBRES THERMIQUE ET CHIMIQUE DANS DIFFERENTES CONDITIONS. CETTE DETERMINATION EST NECESSAIRE POUR DETERMINER LE COMPORTEMENT DE L'ECOULEMENT D'UN GAZ IONISE DANS LE BUT DE RESOUDRE LES DIFFERENTES EQUATIONS DE CONSERVATION. UN MODELE ANALYTIQUE D'APPROCHE, BASE SUR LA THEORIE DE MAGNETO-DYNAMIQUE, EST ETABLI EN TENANT COMPTE DES EFFETS DE DESEQUILIBRES THERMIQUE ET CHIMIQUE POUR LES JETS DE PLASMAS A BASSE PRESSION ET HAUTE TEMPERATURE. CE MODELE PRESENTE LA PREMIERE ETAPE DE LA MODELISATION ET SERA UTILISE POUR SIMULER LES JETS DE PLASMAS EN DESEQUILIBRE