Modélisation et validation expérimentale d'un arc électrique dans un réacteur de synthèse de fullerènes

par Jérôme Pousse

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Génie des Procédés. Plasmas

Sous la direction de Serge Vacquié.

Soutenue en 1997

à Toulouse 3 .

mots clés

Résumé

Cette these a pour objectif l'etude d'un reacteur de synthese de fullerenes par arc electrique d'un point de vue numerique et experimental. La modelisation numerique de l'arc necessite la connaissance des proprietes de transport des plasmas argon-carbone et helium-carbone. Nous effectuons le calcul des trois coefficients suivants : la conductivite thermique, la conductivite electrique et la viscosite. Ce calcul est effectue en se basant sur la theorie de chapman-enskog. L'algorithme de patankar est utilise comme methode numerique afin de modeliser l'arc. Le modele resoud les equations de l'hydrodynamique. Les calculs sont effectues dans l'hypothese de l'e. T. L. ; le regime est stationnaire, la geometrie axisymetrique, le transfert radiatif est gere par le coefficient d'emission nette et le champ electrique est unidimensionnel. L'arc est modelise pour une intensite de 80 a et une pression de 13,3 kpa. Les resultats du modele confirment la plus grande efficacite de l'helium dans la synthese de fullerenes. Par la suite une etude parametrique est menee de maniere a expliquer les champs de temperature, de concentration et de vitesse obtenus par le modele. Une approche experimentale sur un reacteur modele est egalement effectuee. Dans celle-ci deux aspects sont etudies : d'une part le taux d'erosion est mesure a divers intervalles de temps ce qui permet d'en connaitre l'evolution, d'autre part un diagnostic du plasma suivant un plan proche de l'anode est realise. On montre alors que le taux d'erosion n'est pas constant au cours du temps mais qu'il decroit lentement dans les 8 premieres minutes de fonctionnement. Pour l'etude spectroscopique on utilise l'emission de la molecule c#2 et en particulier de la bande 0-0 du systeme de swan. Les resultats donnent un profil de temperature a 1 mm de l'anode. Ils montrent un bon accord du profil experimental et du profil numerique.

Titre traduit

Modelisation and experimental validation of an electric arc in a fullerene synthesis reactor

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