Modélisation de nanomatériaux injectés par voie liquide dans un jet de plasma pour la fabrication de nanostructures

• Auteur / Autrice : Céline Caruyer
• Direction : Jean-Paul Caltagirone, Stéphane Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 12/10/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Estivalèzes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Arquis, Erick Meillot, Namane Mechitoua
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Vardelle, Olivier Simonin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Simulation par ordinateur

Nanoparticules

Projection au plasma

Mots clés libres

Projection plasma

Turbulence

Modèle compressible

Injection liquide

Ecoulement diphasique

Méthodes VOF

Fragmentation

Plasma spraying

Turbulence

Comrpessible model

Liquid injection

Twophase flow

VOF method

Fragmentation

Résumé

Ce travail porte sur l’étude du procédé de projection plasma par voie liquide et en particulier sur l’interaction entre la phase liquide et l’écoulement de plasma. Différents phénomènes physiques ont lieu comme la fragmentation du jet, l’évaporation du liquide et la fusion des particules. La simulation numérique permet de mieux comprendre les phénomènes physiques et vient en appui des expériences qui sont parfois difficiles voire impossibles à réaliser. Un modèle compressible diphasique est développé afin de prendre en compte les effets compressibles du plasma. Des validations sont réalisées sur des cas test académiques et sur un jet d’argon pur. De bons accords sont obtenus entre les simulations et la théorie ou les expériences. Ensuite différents mélanges de gaz plasmagènes, classiquement utilisés en projection plasma, sont étudiés : l’argon/hydrogène et l’argon/hélium.Une analyse du caractère instationnaire et turbulent est ensuite menée et permet de voir l’importance des effets instationnaires dans ces écoulements. Puis des simulations de l’injection de la phase liquide sous forme de gouttes ou de jet continu dans l’écoulement de plasma sont réalisées. L’influence de la nature des gaz plasmagènes et du mode d’injection est démontrée. Les structures observées expérimentalement sont également obtenues parles simulations.

The study of the plasma spraying process is investigated in this work, in particular the interaction between a liquid phase and a plasma flow. Different physical phenomena occureas the jet fragmentation, the liquid vaporization and the particles fusion. The numerical simulation is used to better understand the physical phenomena and is an alternative to experimental measurements, which could be locally difficult to perform because of the measurement techniques limitations and the particular characteristics of the plasma. A compressible two-phase model is developped to take into account the compressible effects of the plasma flow. Validations are realized on academic test cases and on a argonjet. Good agreements are obtained between simulations and theory or experiments. Then different mixtures of plasmagen gas, classically used in plasma spraying, are studied :argon/hydrogen and argon/helium. An analysis of unsteady and turbulent character isled and allows seeing the importance of unsteady effects in these flows. Numerical simulations of the injection of a liquid phase into the plasma flow are realized. The influence of the plasmagen gas nature and the injection type is anlysed. Structures observed by experiments are also obtained by the simulations.