Caractérisation d'un jet de plasma d'argon laminaire PDF Download
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Book Description
Les jets de plasma sont largement utilisés dans l'industrie, dans les laboratoires pour des applications allant du traitement des déchets, à la découpe de pièces métalliques jusqu'aux dépôts de couches de protection. Dans la majorité de ces applications, les jets de plasma sont utilisés en régime turbulent. Ce régime est caractérisé par de fortes fluctuations panache, peu attractives dans le domaine du traitement des matériaux, car elles réduisent la répétabilité et le contrôle des processus. Des jets de plasma aux caractéristiques beaucoup plus stables peuvent être produits en réduisant le débit de gaz plasmagène. Ces jets de plasma sont appelés jets de plasma laminaire. Peu d'études ont été menées sur ce type de jet limitant le développement de ces torches. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire est de réaliser l'étude d'un jet de plasma d'argon en régime laminaire à pression atmosphérique. Le diagnostic du jet a été réalisé par spectroscopie optique d'émission à partir de l'enregistrement des spectres atomique et moléculaire d'éléments présents dans le jet. Par ailleurs, ces résultats ont permis de montrer que le jet de plasma pompait l'air extérieur dans lequel fonctionnait la torche. En outre, les champs de vitesses du jet de plasma ont été mesurés par un tube de Pitot. Les distributions de températures et de vitesses déterminées expérimentalement ont été comparés aux résultats d'un modèle numérique. Pour finir, nous avons développé une méthode de mesure de la température du jet de plasma à partir des spectres d'émission des molécules de MgO et de CN produits respectivement à partir de la combustion de magnésium injecté dans le plasma et de la combustion de l'air. Ces molécules sont d'un grand intérêt dans les processus industriels mais aussi dans le domaine de l'aérospatial.
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Les jets de plasma sont largement utilisés dans l'industrie, dans les laboratoires pour des applications allant du traitement des déchets, à la découpe de pièces métalliques jusqu'aux dépôts de couches de protection. Dans la majorité de ces applications, les jets de plasma sont utilisés en régime turbulent. Ce régime est caractérisé par de fortes fluctuations panache, peu attractives dans le domaine du traitement des matériaux, car elles réduisent la répétabilité et le contrôle des processus. Des jets de plasma aux caractéristiques beaucoup plus stables peuvent être produits en réduisant le débit de gaz plasmagène. Ces jets de plasma sont appelés jets de plasma laminaire. Peu d'études ont été menées sur ce type de jet limitant le développement de ces torches. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire est de réaliser l'étude d'un jet de plasma d'argon en régime laminaire à pression atmosphérique. Le diagnostic du jet a été réalisé par spectroscopie optique d'émission à partir de l'enregistrement des spectres atomique et moléculaire d'éléments présents dans le jet. Par ailleurs, ces résultats ont permis de montrer que le jet de plasma pompait l'air extérieur dans lequel fonctionnait la torche. En outre, les champs de vitesses du jet de plasma ont été mesurés par un tube de Pitot. Les distributions de températures et de vitesses déterminées expérimentalement ont été comparés aux résultats d'un modèle numérique. Pour finir, nous avons développé une méthode de mesure de la température du jet de plasma à partir des spectres d'émission des molécules de MgO et de CN produits respectivement à partir de la combustion de magnésium injecté dans le plasma et de la combustion de l'air. Ces molécules sont d'un grand intérêt dans les processus industriels mais aussi dans le domaine de l'aérospatial.
Author: André Lemoine Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 4
Book Description
Après avoir décrit notre appareillage et rappelé le principe de son fonctionnement, nous étudierons dans une première partie le chalumeau à plasma lui-même. Nous nous intéresserons tout d'abord à la stabilité et à la reproductibilité de son fonctionnement ; nous chercherons ensuite à calculer les propriétés du gaz en tous points du jet et comparerons des valeurs locales calculées et expérimentales de pression dynamique. Nous montrerons que les profils longitudinaux de vitesse du gaz u (x) admettent une représentation empirique simple dépendant de trois paramètres, et que les autres propriétés du gaz s'expriment simplement en fonction de la vitesse locale. Dans une deuxième partie, nous étudierons successivement l'entraînement et l'échauffement des grains, nous intéressant plus particulièrement aux grains qui suivent une trajectoire axiale. Une méthode de calcul simplifiée nous permettra de découpler les équations de bilan de chaleur et de quantité de mouvement dans la couche limite. Nous montrerons que l'équation du mouvement, intégrale séparément dépend essentiellement d'un paramètre de l'équation en u (x) ; celui-ci peut donc être calculé à partir des profils expérimentaux de vitesses de grains de nature et de diamètres variés. De même le calcul simultané de la vitesse et de l'échauffement des grains nous permettra d'évaluer la température initiale du gaz à partir des mesures calorimétriques effectuées sur trois lots de grains. Nous aurons ainsi calculé à partir des mesures sur les grains et des équations semi-empiriques établies dans la première partie les propriétés du gaz en tous points du jet.
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LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A UNE PRESENTATION DE LA TORCHE DONT L'ORIGINALITE EST DE POUVOIR FONCTIONNER SOIT AVEC UNE ANODE CONTINUE DE TYPE CLASSIQUE, SOIT AVEC UNE ANODE SEGMENTEE COMPRENANT PLUSIEURS MODULES ISOLES ELECTRIQUEMENT ET POUVANT ETRE CONNECTES INDEPENDAMMENT. LA DEUXIEME PARTIE DECRIT LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL UTILISE POUR LES ANALYSES OPTIQUES DANS DES PLASMAS ET LES METHODES DE DIAGNOSTICS. DANS LA TROISIEME PARTIE L'INFLUENCE, A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE, DE QUELQUES PARAMETRES SUR LES DISTRIBUTIONS AXIALES ET RADIALES DE LA TEMPERATURE DANS LE JET DE TORCHE A COURANT CONTINU EST PRESENTEE. LES TEMPERATURES MESUREES, A PARTIR DE RAIES DE L'ARGON NEUTRE, SONT CONFRONTEES A CELLES DONNEES PAR DES MODELES NUMERIQUES. L'ACCORD ENTRE MESURES ET CALCUL RELATIVEMENT SATISFAISANT SUR L'AXE DU JET NE L'EST PLUS EN CE QUI CONCERNE LES EVOLUTIONS RADIALES DE LA TEMPERATURE DANS LES ZONES PERIPHERIQUES. LA QUATRIEME PARTIE PRESENTE DES MESURES DE TEMPERATURE ET DE DENSITE ELECTRONIQUE POUR UN JET SOUS PRESSION REDUITE. LES ECARTS A L'EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE LOCAL SONT MIS EN EVIDENCE, ET CE D'AUTANT PLUS FORTEMENT QUE LA PRESSION EST ABAISSEE. DANS LA CINQUIEME PARTIE, IL EST CLAIREMENT MIS EN EVIDENCE UNE FORTE AUGMENTATION DE TEMPERATURE LORSQUE L'ARC EST ALLONGE A L'AIDE DE LA TORCHE A ANODE SEGMENTEE ET EN FONCTION DU MODE DE CONNEXION A LA SOURCE ELECTRIQUE. CES MESURES SONT COMPLETEES PAR DES MESURES PERMETTANT D'ABOUTIR A LA TEMPERATURE DE ROTATION A PARTIR DES BANDES MOLECULAIRES DE CN, PRESENT A L'ETAT DE TRACES. UN IMPORTANT ECART ENTRE LA TEMPERATURE D'EXCITATION DE L'ARGON ET LA TEMPERATURE ROTATIONNELLE DE CN EST MIS EN EVIDENCE. LA DERNIERE PARTIE ABORDE LA PARTIE LA PLUS ORIGINALE DU TRAVAIL. IL EST EN EFFET CONSACRE AUX INSTABILITES DE L'ARC. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT RELATIFS AUX FLUCTUATIONS DE L'INTENSITE LUMINEUSE EMISE PAR LE JET EN DIFFERENTS POINTS OU AUX FLUCTUATIONS DE LA TENSION D'ARC. LES MESURES SONT COMPLETEES PAR UNE ANALYSE SPECTRALE PAR TRANSFORMEE DE FOURIER RAPIDE ET MONTRENT L'EXISTENCE DE DEUX MODES D'INSTABILITE. LA PROPAGATION DE CES INSTABILITES EST MISE A PROFIT POUR EVALUER LA VITESSE DE L'ECOULEMENT PLASMA PAR UNE METHODE DE DEPHASAGE. PLUSIEURS CONDITIONS EXPERIMENTALES ONT ETE TESTEES. IL A NOTAMMENT, ETE MIS EN EVIDENCE UNE TRES FORTE AUGMENTATION DE LA VITESSE AXIALE DU PLASMA LORSQUE L'ARC EST ALLONGE PAR LES BIAIS DES DIFFERENTS MODES DE CONNEXION DE L'ANODE SEGMENTEE. CETTE METHODE ORIGINALE DE DETERMINATION DE LA VITESSE EST PROMETTEUSE ET OUVRE DES PERSPECTIVES AUSSI BIEN POUR UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DES PROPRIETES DES ARCS QUE POUR UNE PLUS GRANDE MAITRISE DU FONCTIONNEMENT DES TORCHES.
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Etude expérimentale de l'évolution des concentrations électroniques dans un jet de plasma d'argon raréfie (P ⋍ 10 ̄2 torr). Calcul numérique pour un modèle a une seule température par deux méthodes de différences finies (Crank-Nicolson et S.V. Patenkar) de l'évolution des densités électroniques pour un jet libre et sans interaction avec les parois du caisson d'expérience. Etude du cas d'une injection de monoxyde d'azote dans le jet de plasma d'argon
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ETUDE PAR SPECTROSCOPIE DU PLASMA D'UN MELANGE D'ARGON ET D'HYDROGENE A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE. ON A FAIT VARIER LE TAUX D'HYDROGENE DANS LE MELANGE POUR MODIFIER LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DU PLASMA. DANS L'HYPOTHESE DE L'ETL ON A OBSERVE L'EVOLUTION DE LA TEMPERATURE PENDANT LE TEMPS D'EXTINCTION DE L'ARC. LE CALCUL DES CONDUCTIVITES THERMIQUES ET L'APPLICATION DES EQUATIONS DE BILAN D'ENERGIE ONT PERMIS DE RETROUVER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: Emilie Langlois-Bertrand
Author: Emilie Langlois-Bertrand
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Author: Lavallée, H. Claude
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Author: NITYALENDRA BIR.. SINGH
Author: Michel David (physicien.)
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