Contribution à l'étude d'un arc électrique de faible puissance

par Kheira Hameurlaine

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Marc Bauchire.

Le président du jury était Chantal Leborgne.

Le jury était composé de Jean-Marc Bauchire, Chantal Leborgne, Jean-François Coudert, Stéphane Pasquiers.

Les rapporteurs étaient Pierre Freton, Jean-François Coudert.


  • Résumé

    L’étude présentée ici entre dans la problématique générale des arcs électriques intervenant dans des applications industrielles telles que le soudage, le découpage, le traitement des déchets. Ce travail constitue une première phase de modélisation de cette étude générale. Le plasma est décrit par un ensemble d'équations de conservation de fluide et de l’électromagnétisme, complétés par des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport appropriés, en formant un système d’équations non linéaires fortement couplées. Ces équations sont écrites en supposant l’équilibre thermodynamique local, une symétrie cylindrique et un écoulement laminaire stationnaire. Ce système d’équations est résolu à l’aide du logiciel commercial FLUENT de type CFD fondé sur l’approche des volumes finis. Pour pouvoir utiliser la partie solveur nous avons résolu notre modèle en utilisant les routines UDF Users-Defined-Function. Dans une première partie, nous présentons la validation du modèle à deux dimensions et à 100 A dans l’argon par des résultats de la littérature. Cette comparaison laisse apparaître un accord satisfaisant sur les profils de température dans la colonne de plasma et des différences dans les zones proches des électrodes dues aux conditions aux limites. Dans une deuxième partie, nous présentons une étude expérimentale, à l’issue de laquelle on constate que les profils de température expérimentaux sont en accord avec ceux du modèle dans la zone de colonne positive.

  • Titre traduit

    Contribution to the study of a lower power electric arc


  • Résumé

    The study presented here enters the general problem of electric arc involved in industrial applications such as welding, cutting, waste treatment. This work constitutes the first numerical phase of modeling of this general study. The plasma is described by a set of fluid conservation equations, electromagnetic equations complemented by suitable thermodynamic and transport properties, forming a strongly coupled non-linear system. These equations are written assuming local thermodynamic equilibrium, a cylindrical symmetry and steady laminar flow. This system of equations is solved using commercial software FLUENT CFD-type based on finite volume algorithm. To use the solver part we solved our model using UDF macro Users-Defined-Function. In the first part, we present the validation of the two dimensional model in and 100 A in argon with the literature results. A detailed analysis of various characteristic quantities is presented. This comparison reveals a good agreement of the temperature profiles in the column plasma and differences in electrode areas due to boundary conditions. In a second part, we present an experimental study, the experimental temperature profiles are consistent with the model in the column area which means that the model is validated in the column of plasma.


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