Influence d'une décharge électrique continue sur un écoulement supersonique raréfié
par Eric Menier
Thèse de doctorat en Physique des gaz et des plasmas
Sous la direction de Jean-Claude Lengrand et de Viviana Lago.
Soutenue en 2007
à Orléans .
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Résumé
Le sujet de la thèse est l’étude de l’influence d’une décharge électrique sur un écoulement supersonique raréfié le long d’une plaque plane. La plaque munie d’électrodes est plongée dans un écoulement supersonique (Mach 2) et à basse pression (8 Pa). Une décharge électrique négative est créée et stabilisée au-dessus de la maquette. Un chauffage de la plaque de 200K est mesuré par thermographie infrarouge, ainsi qu’un fort champ électrique localisé au-dessus de la cathode. La spectrométrie d’émission a permis de quantifier un chauffage du gaz, là encore au-dessus de la cathode. L’aérodynamique de la plaque est modifiée par la décharge : les profils de pression mesurés par tube de Pitot ont montré un épaississement de couche limite pour des puissances électriques de 30 W et plus. En outre, des mesures par jauge de contrainte ont indiqué une augmentation légère des forces subies par la plaque. Une simulation numérique par une méthode de Monte Carlo (DSMC) des effets de la décharge a été entreprise. Le vent ionique, conséquence du transfert de quantité de mouvement entre les ions accélérés par le champ électrique et les neutres est simulé, et il est démontré qu’il ne joue pas de rôle dans les conditions de vitesse rencontrées. Un apport d’énergie en volume a indiqué des changements importants dans les profils des grandeurs macroscopiques mais pour des valeurs certainement surévaluées de l’énergie introduite. Finalement, une simulation de type paroi chauffée, basée sur les valeurs de températures mesurées expérimentalement montre sur les profils de pression des changements en accord qualitatif avec les profils expérimentaux.
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Titre traduit
Influence of a continuous electrical discharge on a supersonic rarefied flow
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