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Dhouioui, Raja. Etude des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport d'un plasma air - méthane en déséquilibre thermique

Dhouioui, Raja (2014). Etude des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport d'un plasma air - méthane en déséquilibre thermique.

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Résumé en francais

On retrouve le carbone, l'oxygène et l'hydrogène dans un grand nombre d'applications ou de procédés mettant en jeu les arcs électriques et les plasmas thermiques. On peut notamment citer : les disjoncteurs basse tension avec des mélanges d'air et de vapeur organique (provenant de l'érosion des parois thermoplastiques) dans la chambre de coupure, les disjoncteurs haute tension pour lesquels sont testés de nouveaux gaz ou mélanges de gaz pour le remplissage de la cuve en remplacement du SF6, le traitement de la biomasse pour la production de gaz de synthèse, les procédés de soudage à l'arc (MIG - MAG) mais également les procédés pour l'allumage des milieux réactifs auxquels nous nous intéressons au cours de notre étude, notamment les plasmas air - méthane qui constituent des mélanges typiques associés à l'allumage réactif de la combustion. Ces différents procédés ont fait l'objet de nombreuses études théoriques au moyen de modèles magnétohydrodynamiques fondés sur l'hypothèse d'un milieu en équilibre thermodynamique local (ETL). Cependant, les décharges électriques utilisées pour l'allumage de la combustion correspondent à des arcs de faible puissance pour lesquels l'hypothèse de l'ETL n'est pas valide en tout point du plasma. Dans ce cas, la température sur l'axe du plasma reste relativement faible. Ainsi, les collisions ne sont pas suffisamment efficaces pour assurer une répartition égale de l'énergie entre les différentes espèces chimiques présentes dans le mélange. Les électrons ont alors une température cinétique Te plus élevée que celle des particules lourdes Tg. Pour étudier théoriquement ce type de milieu en tenant compte de la présence éventuelle d'écarts à l'équilibre thermique (Te ≠ Tg), il est nécessaire de développer des modèles hydrodynamiques multi températures. La mise en place de ces codes numériques est souvent fondée sur des banques de données 2T de propriétés thermodynamiques et de coefficients de transport en fonction de Te et du rapport θ = Te/Tg. Le travail présenté ici s'inscrit dans cette problématique puisqu'il concerne le calcul des propriétés d'un plasma Air-méthane à deux températures : composition chimique, propriétés thermodynamiques (masse volumique, enthalpie et chaleur spécifique à pression constante) et coefficients de transport (conductivité thermique, conductivité électrique et viscosité). La composition est obtenue à partir de la loi d'action de masse (équilibre chimique multi-températures) et des équations de conservation (pression, neutralité électrique et proportions atomiques). Les propriétés thermodynamiques sont déduites à partir de la composition. Enfin, les coefficients de transport sont calculés en se basant sur la théorie de Chapman-Enskog (adaptée au cas 2T) et sur les travaux théoriques récemment développés. Les quatre contributions à la conductivité thermique (translation des électrons, translation des particules lourdes, interne et réaction) sont calculées séparément pour qu'elles puissent être utilisées de différentes manières dans les deux équations de conservation d'énergie (électrons et particules lourdes) intervenant dans les modèles magnétohydrodynamiques 2T.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Teulet, Philippe
Jaïdane, Nejm Eddine
Cressault, Yann
Ghalila, Hassen
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Plasma thermique - ETL - Déséquilibre thermique - Température électronique - Composition chimique - Propriétés thermodynamiques - Coefficients de transport - Intégrales de collision - Allumage - Combustion - Air - Méthane
Sujets :Physique
Déposé le :17 Nov 2014 14:26