Modélisation des écoulements de plasmas d'arc soufflé PDF Download
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Book Description
Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de la maîtrise du procédé de projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé. Le développement d'un code de calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport des plasmas thermiques est réalisé dans un premier temps : les méthodes de calcul utilisées sont décrites et des résultats numériques sont présentés. Les données calculées sont utilisées dans un second temps pour permettre la détermination des champs de température et de vitesse dans les jets de plasma d'arc soufflé : l'influence de différents éléments tels que le modèle de turbulence ou la nature du gaz environnant sont mis en évidence.Le cas des jets de plasma impactants sur une surface plane est abordé dans un troisième temps : un modèle permettant la prédiction des échanges thermiques est suggéré et les flux thermiques calculés sont comparés à des résultats expérimentaux. La dernière partie est consacrée à l'étude de la projection de matériaux pulvérulents. Une approche Lagrangienne est utilisée pour simuler les interactions jet/particules. Un couplage avec l'équation de conduction de la chaleur au sein d'une particule isolée est notamment réalisé et les caractéristiques de particules en vol sont comparés à des mesures expérimentales obtenues avec un système optique. Le code de calcul PHOENICSTM est utilisé pour les calculs des écoulements de plasma.
Book Description
Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de la maîtrise du procédé de projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé. Le développement d'un code de calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport des plasmas thermiques est réalisé dans un premier temps : les méthodes de calcul utilisées sont décrites et des résultats numériques sont présentés. Les données calculées sont utilisées dans un second temps pour permettre la détermination des champs de température et de vitesse dans les jets de plasma d'arc soufflé : l'influence de différents éléments tels que le modèle de turbulence ou la nature du gaz environnant sont mis en évidence.Le cas des jets de plasma impactants sur une surface plane est abordé dans un troisième temps : un modèle permettant la prédiction des échanges thermiques est suggéré et les flux thermiques calculés sont comparés à des résultats expérimentaux. La dernière partie est consacrée à l'étude de la projection de matériaux pulvérulents. Une approche Lagrangienne est utilisée pour simuler les interactions jet/particules. Un couplage avec l'équation de conduction de la chaleur au sein d'une particule isolée est notamment réalisé et les caractéristiques de particules en vol sont comparés à des mesures expérimentales obtenues avec un système optique. Le code de calcul PHOENICSTM est utilisé pour les calculs des écoulements de plasma.
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Les travaux développés dans cette étude ont visé à modéliser les écoulements de jets de plasmas thermiques utilisé&s habituellement en projection à la torche à plasma d'arc soufflé à l'aide du code de calcul PHOENICSTm. La détermination des différents paramètres de l'étude a été réalisé à travers une recherche bibliographique, à savoir, par exemple, les hypothèses simplificatrices, le domaine d'étude, les conditions aux limites et les proprietés du mélange de gaz étudié. La modélisation de l'écoulement, depuis l'injection des gazs froids au sein de la buse jusqu'à l'éjection du plasma, ne nécessite pas l'utilisation d'équations de conservation des espèces chimiques car l'hypothèse d'un écoulement à l'équilibre chimique permet d'employer des données de la littérature où les grandeurs thermodynamiques et les coefficients de transport du mélange étudié (argon-hydrogène) ont été calculés à partir de la composition à l'équilibre du mélange et donnés en fonction de la température et pour la pression atmosphérique. Les équations de bilan sont discréditées par une approche de type volumes finis et le système d'équations algébriques non-linéaire et couplé est résolu à l'aide de l'algorithme SIMPLEST implanté dans le code. La confrontation des résultats avec des données de la littérature montre un bon accord dans la prédiction des écoulements. L'application du modèle est réalisée par l'étude de l'influence de la valeur de la puissance électrique sur l'écoulement. Les caractéristiques des jets libres thermiques subsoniques ainsi que les évolutions des grandeurs (température et vitesse) dans les directions axiale et radiale sont comparées aux observations puisées dans la littérature. L'estimation de l'entraînement de fluide ambiant dans les jets apporte un complément d'information. La difficulté d'approximation de la forme des profils radiaux en sortie de buse par des expressions mathématiques classiques est mise en évidence.
Author: Publisher: ASM International ISBN: 9780871708090 Category : Science Languages : en Pages : 1150
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This proceedings volume representing the second International Thermal Spray Conference (May 2004, Osaka, Japan) contains 232 papers and 93 poster presentations. Arrangement is in sections on applications, characterization methods for coating properties, coating technologies for vehicle engines, cold spray, consumables for thermal spraying, corrosion protection, economics and quality, HVOF processes and materials, innovative equipment and process technology, modeling and simulation, nanostructured materials, photocatalytic materials, process diagnostics, protective coatings against wear and erosion, and thermal barrier coatings. No index is provided, but the included CD- ROM presumably contains the contents in a searchable format. Annotation :2004 Book News, Inc., Portland, OR (booknews.com).
Author: Fadhel Ben Ettouil Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Ce travail est consacré à la modélisation rapide du procédé de déposition par projection thermique en plasma d’arc soufflé. Il est plus particulièrement consacré au traitement d’une particule isolée ou d’un lot de particules échantillon représentatif d’une poudre. Le procédé de projection par plasma d’arc soufflé et les principaux phénomènes qui régissent la formation du jet de plasma, les échanges thermiques et dynamiques entre la particule et l’écoulement du jet gazeux et la construction du dépôt sont examinés. Nous avons fait une étude bibliographique des modèles développés par ailleurs pour simuler les différentes fonctionnalités du procédé. Les fondements et les caractéristiques du logiciel « Jets&Poudres » sont exposés, avant de présenter le modèle développé du transfert plasma-particule qui prend en compte la conduction interne à la particule et les déplacements des fronts de changement de phase. Dans ce modèle le calcul de l'évaporation de la particule est découplé du problème de la dynamique du gaz dans le jet et nous exploitons les résultats de J. C. Knight et le modèle de « Pression en retour » (Back Pressure) qu’il a développé. Une étude qualitative est consacrée à l’effet des paramètres de dispersion de la poudre en sortie de l’injecteur sur le traitement d’une particule isolée et sur la construction du dépôt. Ces effets mis en évidences, nous exposons un modèle de transport d’un lot de particules représentatif d’une poudre dans l’injecteur afin d’évaluer la dispersion en masse, taille et vitesse avant l’entrée dans le jet. Ce modèle complexe prend en compte les collisions particule-parois et les collisions binaires particule- particule. Les résultats de ces deux modèles sont discutés. Le traitement dynamique et thermique de la particule isolée est en bon accord avec ceux de la littérature. Ce qui autorise l’étude des conditions opératoires et des paramètres des différentes composantes fonctionnelles du procédé (torche, gaz plasmagène, injecteur, poudre...) sur le traitement des particules et leurs histoires thermique et dynamique. Le modèle présente l’avantage d’un temps de calcul réduit, de l’ordre d’une dizaine de seconde. Le modèle a été utilisé pour évaluer la quantité de matière nanostructurée conservée en fin de traitement et avant impact sur le substrat. Nous avons également exploité le modèle de dispersion de poudre pour simuler la tache-dépôt formée par la projection ‘statique’ de poudres de différents matériaux et de différentes granulométries.
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DANS CE TRAVAIL NOUS AVONS PRESENTE UNE APPROCHE RELATIVE A LA MODELISATION DU TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE DES PLASMAS BASSE PRESSION D'AZOTE OU D'OXYGENE ET UNE SURFACE METALLIQUE. LE MODELE PROPOSE EST APPLICABLE DANS LE CAS DE PLASMAS BASSE PRESSION DONT LES CONDITIONS DE DECHARGES SONT TELLES QUE LA PRESSION EST COMPRISE ENTRE 1 ET 10 MBAR, LA TEMPERATURE CINETIQUE DES ELECTRONS INFERIEURE A 21000 K, LA TEMPERATURE CINETIQUE DES LOURDS COMPRISE ENTRE 300 K ET 1200 K, ET LE TAUX D'IONISATION INFERIEUR A 10##4. LE MODELE PROPOSE S'APPUIE SUR UNE DESCRIPTION DE L'ECOULEMENT PLASMA D'UN POINT DE VUE THERMOCHIMIQUE ET AERODYNAMIQUE D'UNE PART ET SUR UNE DESCRIPTION DES INTERACTIONS ET DU TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE LES ESPECES DU PLASMA ET UNE SURFACE D'AUTRE PART. LA PREMIERE PHASE DE CE TRAVAIL A CONSISTE A EFFECTUER UNE ETUDE DE LA CINETIQUE CHIMIQUE CARACTERISANT LES ECOULEMENTS PLASMAS ETUDIES. NOUS AVONS ENSUITE EFFECTUE UNE ETUDE DES INTERACTIONS PLASMA-SURFACE QUI NOUS A PERMIS DE QUANTIFIER LES TRANSFERTS D'ENERGIE ENTRE LES ESPECES DU PLASMA ET LA SURFACE. LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE CONSERVATION ASSORTIES DES CONDITIONS AUX LIMITES DEFINIES PAR LE MODELE D'INTERACTION PLASMA-SURFACE, NOUS A PERMIS DE SIMULER UN REACTEUR TUBULAIRE PLASMA BASSE PRESSION D'AZOTE ET D'OXYGENE CONTENANT UN ECHANTILLON DE TUNGSTENE EN POINT D'ARRET. UNE VALIDATION DU MODELE A ETE EFFECTUEE DANS LE CAS D'UN PLASMA D'AZOTE A PARTIR D'UNE MESURE DES TEMPERATURES PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION. LES RESULTATS OBTENUS ONT MONTRE L'IMPORTANCE DU POIDS DE LA RECOMBINAISON CATALYTIQUE DES ATOMES DANS LA CINETIQUE D'ECHAUFFEMENT DE LA SURFACE. CELA NOUS A AMENE A METTRE EN UVRE UNE METHODE EXPERIMENTALE DE DETERMINATION DES COEFFICIENTS DE RECOMBINAISON D'ATOMES SUR DES SURFACES PEU CATALYTIQUES. CETTE METHODE A ETE APPLIQUEE AU CAS DU SYSTEME O/SIO#2
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LA MODELISATION DES PLASMAS EN ECOULEMENT A GRAND NOMBRE DE MACH EXIGE LA PRISE EN COMPTE DE PHENOMENES PHYSIQUES COMPLEXES ET L'UTILISATION DE METHODES NUMERIQUES PERFORMANTES ET ROBUSTES. DEUX METHODES DE RESOLUTION ONT ETE DEVELOPPEES. LA PREMIERE RESOUD LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES POUR UN ECOULEMENT EN REACTIF EN SITUATION DE COUCHE LIMITE, UNE METHODE DE RESOLUTION PROCHE DE LA METHODE DE PATANKAR ET SPALDING EST DECRITE. LA DEUXIEME METHODE EST APPLICABLE POUR DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS (PLANS OU AXISYMETRIQUES), L'APPROCHE EST ALORS BASEE SUR LE SCHEMA NUMERIQUE DE MACCORMACK TOTALEMENT IMPLICITE. LA MODELISATION D'UN PLASMA D'ARGON ET D'UN PLASMA D'AZOTE EST DETAILLEE, EN PARTICULIER LES CINETIQUES CHIMIQUES ET LES TERMES D'ECHANGES D'ENERGIES ENTRE MODES. DES COMPARAISONS ENTRE LES RESULTATS NUMERIQUES ET DES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT DONNEES
Author: Rodolphe Bolot
Author: Rodolphe Bolot
Author: Pascale Eichert
Author: Basil Richard Marple
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Author: G. Flamant
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Author: KHALED.. HASSOUNI
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Author: Éric Gagnon