Etude du développement de la double couche électrique lors de la mise en écoulement d'un liquide diélectrique dans une conduite isolante

par Juan Martín Cabaleiro

Thèse de doctorat en Génie électrique et mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Gérard Touchard et de Thierry Paillat.


  • Résumé

    Des réactions physico-chimiques à l'interface solide-liquide sont à l'origine d'une distribution de charge: la double couche électrique (DCE). Au repos, après un temps de développement, la DCE atteint l'équilibre, caractérisé principalement par son épaisseur et par la densité volumique de charge dans le liquide, près de l'interface. Lors de la mise en écoulement, le déplacement du liquide convecte une partie des charges (la couche diffuse) modifiant l'équilibre statique, et provoquant un courant de paroi. Ce courant de paroi évolue jusqu'à atteindre un équilibre dynamique. L'étude de ce processus transitoire permet de mieux comprendre ce phénomène. Ainsi, des expériences ont été menées avec pour objectif la détermination de la densité volumique de charge près de l'interface et l'estimation des taux des réactions à l'interface. Puis, un premier modèle a été développé tenant compte du régime transitoire. Ce modèle se sert des grandeurs "macroscopiques" comme la conductivité moyenne du liquide et des taux de réaction globaux. Certaines hypothèses adoptées pour ce modèle, concernant notamment l'indépendance des taux de réaction de la vitesse de l'écoulement, et le temps d'établissement de la DCE en direction normale à la paroi ont été analysées. Un deuxième modèle dit "microscopique" a ensuite été développé pour entre autre s'affranchir de ces hypothèses. Ce modèle a été implanté dans Code_SATURNE, un logiciel de mécanique des fluides développé par EDF. Il permet d'envisager la simulation du phénomène dans des géométries compliquées et à grande échelle.

  • Titre traduit

    Electrical double layer's development analysis in the case of a dielectric liquid flowing in an insulating duct


  • Résumé

    Physicochemical reactions occurring at a solid-liquid interface are responsible for a charge zone called electrical double layer. At rest, the electrical double layer evolves during a certain development time, to reach an equilibrium charge distribution characterised by its thickness and by the space charge density in the liquid near the wall. Once the liquid is put in movement, the flow convects a part of these charges (the diffuse layer) modifying static equilibrium. As a result, a wall current develops and evolves to reach dynamic equilibrium. The analysis of the transient state allows for better understanding of this phenomenon. In this context, experiments have been made to determine the space charge density in the liquid near the wall and to estimate the reaction rates at the interface. Then, a first model was developed including transient state. This model uses global reaction rates and macroscopic quantities like liquid's bulk conductivity. Some hypotheses adopted for this model, concerning the independence of reaction rates on flow velocity or the formation time of the double layer profile normal to the wall where then analysed. In order to avoid using these hypotheses, a second model called "microscopic" was developed and implanted in Code_SATURNE, a fluid mechanics code created by "Electricité de France". This model will allow the simulation of flow electrification phenomena in complicated geometries and at industrial scale.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (161 p.)
  • Annexes : Bibliogr. [88] réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 07/POIT/2330
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