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Thèse Année : 2001

Thermal plasmas properties in Argon-Hydrogen-Copper mixtures

PROPRIÉTÉS DES PLASMAS THERMIQUES DANS DES MÉLANGES ARGON-HYDROGÈNE-CUIVRE

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Yann Cressault
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1106527

Résumé

Under a project on a method of copper spraying on composite materials by torch plasma, the aim of this manuscript is to calculate the radiative properties and the transport properties for Ar/H2/Cu mixtures, temperatures ranging between 300K and 25000K, and at atmospheric pressure. Assuming LTE, the preliminary calculation of the composition allows to determine the transport coefficients and the radiative properties using three methods:

- the net emission coefficient for a homogeneous and isothermal medium constituting a rather good approximation of the radiation emitted by the hottest regions.

- the ' mean absorption coefficient ' based on a preliminary division of the whole spectrum in some intervals, the value of absorption coefficient being supposed constant in each one of them for a given temperature. This method is interesting for three reasons: its consistency with the values of the net emission coefficient in the hot regions; calculation of radiation absorption in the tepid regions of plasma or surrounding cold gas; the use of this data in computer codes of fluid engineering applied to thermal plasmas.

- method of Chapman-Enskog used to determine the transport coefficients and based on the resolution of the intégro-differential equation of Boltzmann. A critical study of the collision integrals made it possible to select a coherent set of values allowing the original calculation of the transport coefficients for our ternary mixture.

Lastly, an experimental study of the jet of plasma was also undertaken within the framework of this thesis. From methods of diagnoses by emission spectroscopy, the main aim consists to characterise the Ar/H2 plasma in the presence of copper and to determine the fundamental parameters of the discharge (temperature, number densities of the various species).
Dans le cadre d'un projet sur un procédé de projection de cuivre sur des matériaux composites par torche plasma, l'objectif de ce travail est de calculer les propriétés radiatives et de transport pour un mélange Ar/H2/Cu, pour des températures comprises entre 300K et 25000K, et à la pression atmosphérique. En supposant l'ETL, le calcul préalable de la composition permet de déterminer les coefficients de transport et les propriétés radiatives suivant trois méthodes :

- le coefficient d'émission nette pour un milieu homogène et isotherme constituant une assez bonne approximation du rayonnement émis par les régions les plus chaudes.

- le ‘coefficient moyen d'absorption' basé sur un découpage préliminaire de l'ensemble du spectre en quelques intervalles, la valeur du coefficient d'absorption étant supposée constante dans chacun d'eux pour une température donnée. Cette méthode est intéressante pour trois raisons : sa cohérence avec les valeurs du coefficient d'émission nette dans les régions chaudes ; le calcul explicite de l'absorption du rayonnement dans les régions tièdes du plasma ou dans le gaz froid environnant ; l'utilisation de ces données dans des codes de calcul de mécanique des fluides appliqués aux plasmas thermiques.

- la méthode de Chapman-Enskog utilisée pour déterminer les coefficients de transport et basée sur la résolution de l'équation intégro-différentielle de Boltzmann. Une étude critique des intégrales de collision a permis de sélectionner un jeu cohérent de valeurs permettant le calcul original des coefficients de transport pour notre mélange ternaire.

Enfin, une étude expérimentale du jet de plasma a été également menée dans le cadre de cette thèse. A partir de méthodes de diagnostics par spectroscopie d'émission, le principal objectif consiste à caractériser l'état d'un plasma Ar/H2 en présence de cuivre et à déterminer les paramètres fondamentaux de la décharge (température, densités des diverses espèces).
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Dates et versions

tel-00278927 , version 1 (14-05-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00278927 , version 1

Citer

Yann Cressault. PROPRIÉTÉS DES PLASMAS THERMIQUES DANS DES MÉLANGES ARGON-HYDROGÈNE-CUIVRE. Physique [physics]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00278927⟩
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