Simulation des écoulements dans un réacteur à arc et étude des phénomènes de transfert thermique plasma-gaz.

Abstract

Pour une utilisation plus large des plasmas thermique, notamment l’utilisation des procédés de synthèse, tels les réacteurs à arc électrique, nécessite une bonne maitrise de tout aspect physique mis en jeux au sein du réacteur, ainsi une meilleure compréhension des phénomènes de transfert de l’énergie et de masse est nécessaire. Dans ce mémoire une simulation hydrodynamique et thermique du réacteur a été abordée. Un modèle instationnaire est étudié, nous avons démontré tout au long du travail l’influence des paramètres que nous avons jugés essentielles (nature de gaz plasmagène, le profil de température plasma et la conductivité électrique de l’électrode du bas) sur les champs, les modules et les vecteurs de vitesse et aussi nous avons étudié l’influence de ces paramètres sur les champs de température et les lignes de courant. Nous avons pu constater que l’Hélium assure une bonne recirculation dans la chambre à arc et donc une bonne réalimentation du milieu par les réactifs et les produits misent en jeux lors du processus, ce qui n’était pas avec l’azote où la présence des zones de décollement peut être présentent. Nous avons vu aussi que l’azote a une grande capacité de stockage de chaleur et donc une mauvaise diffusivité ceci peut être utile pour dans les procédés qui nécessite un bon temps de séjour, quant à l’Hélium, une bonne répartition de la chaleur dans la chambre est rencontrée. Le transfert d’énergie arc-matériaux est aussi étudié. Ce transfert est une image directe de la distribution de la fraction liquide étudiée et comparée dans chaque étape de l’étude, nous avons constaté que le transfert est efficace dans l’Hélium et Argon, est minimal avec l’utilisation de l’azote, nous avons étudié aussi l’influence de la conductivité thermique sur ce transfert ou nous avons pu voir que même avec l’utilisation du cuivre (une très bonne conduction thermique) n’influence pas énormément la fraction liquide dans les électrodes dans la durée de simulation considérés ainsi une étude stationnaire apparait nécessaire pour pouvoir déterminer le rôle de la conductivité thermique ceci est dû de la bonne diffusivité du cuivre et donc l’influence sur la durée de simulation considérée dans notre cas reste à discuter. Une des perspectives proches de ce travail est la modélisation du plasma ainsi le problème peut être entourée et une bonne maitrise du procédé peut être atteinte.