Modélisation aérothermodynamique d'arcs électriques à forte intensité avec prise en compte du déséquilibre thermodynamique local et du transfert thermique à la cathode

par Clarisse Delalondre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Roland Borghi.

Soutenue en 1990

à Rouen .

mots clés

• Arc électrique
• Plasma cinétique ou thermique
• Modélisation
• Déséquilibre thermodynamique local
• Déséquilibre de réaction
• Magnétohydrodynamique
• Mécanique des fluides
• Ecoulement laminaire
• Plasmas (gaz ionisés)
• Arc électrique

Résumé

Dans le cadre du développement des applications industrielles des arcs électriques, la modélisation numérique d'arcs électriques à forte intensité a été entreprise; les équations d'évolution macroscopiques d'un plasma d'arc en déséquilibre thermodynamique local et en déséquilibre de réaction ont été présentées. On a montré qu'elles dégénèrent naturellement vers la forme classique des équations de la mécanique des fluides lorsque l'équilibre thermodynamique local est vérifié. Le calcul numérique dans la colonne d'arc axisymétrique est basé sur l'hypothèse d'équilibre thermodynamique local (ETL), et sur la loi d'Ohm, il a été mis en oeuvre à partir d'un code bidimensionnel aux différences finies. Les conditions aux limites à la cathode sont déterminées à partir d'un modèle mono-dimensionnel de couche limite cathodique en déséquilibre thermodynamique et déséquilibre de réaction couplé avec le calcul du transfert thermique dans l'électrode en tungstène. Les paramètres de fonctionnement du modèle se ramènent ainsi à une condition à la limite en température au sommet de la cathode facilement accessible par l'expérimentation. Les calculs menés dans le cas d'un arc libre à forte intensité dans l'argon à pression atmosphérique, avec une cathode conique en tungstène, ont montré un bon accord avec les mesures de température de Hsu, Etemadi et Pfender 1983. En configuration d'arc transféré, une concordance satisfaisante a été également obtenue entre le calcul et les mesures de Coudert et Grimaud 1989 lorsque les conditions d'écoulement du gaz admettent une modélisation laminaire

Titre traduit

Aerothermodynamic modelling of high intensity arcs including local thermodynamic non-equilibrium cathode sheath region and heat transfert in the cathode

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