Modélisation rapide du traitement de poudres en projection par plasma d'arc - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Fast modeling of powder treatment during an arc plasma spray process

Modélisation rapide du traitement de poudres en projection par plasma d'arc

Résumé

This work carries on the quick modelling of plasma spraying process, and particularly the treatment of single particle or a powder.
First, we introduce screening plasma spraying process and main phenomena which govern the training of plasma throw the treatment of the powder in flow and building of store. Then, we dedicated a bibliographic study to models developed for the simulation of the different elements of this process. Having introduced foundations and characteristics of software "Jets&Poudres", we establish the model of plasma-particle transfer which takes into account the internal conduction and boundaries phase changes front?s velocities. To uncouple the vaporizing of the particle of the problem of the gas dynamics, we use result of J.C. Knight and his Back Pressure model. A qualitative study was dedicated with intent to the parameters of dispersion of the powder to the injector exit of on the treatment of an insulated particle and on the building of store. These effects were put in obviousness, we introduced the model of transport of powder in the injector to assess dispersion of by as size, direction and speed before the entrance in the jet, while taking into account particle-wall and particle-particle collisions.
Finally, the results of both models were discussed. The results of the dynamic and thermal treatment of an insulated particle show a good agreement with those of literature. We studied surgical conditions and parameters of the different elements of technique (torch, plasma gas, injector, powder) on the treatment of particles and their thermal and dynamic stories. The adaptation of the model allowed to assess the percentage of nanostructured material preserved at the end of treatment and before impact on substrate. We exploited the model of dispersion of powder for the simulation of the spraying of powders of different materials and sizes distribution.
Ce travail est consacré au modèle 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 développées 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 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 ent compte les collisions particule-parois et les colisions 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 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 la simuler la tache-dépôt formée par la projection ‘statique' de poudres de différents matériaux et de différentes granulométries.
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Dates et versions

tel-00345752 , version 1 (09-12-2008)
tel-00345752 , version 2 (13-01-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00345752 , version 2

Citer

Fadhel Ben Ettouil. Modélisation rapide du traitement de poudres en projection par plasma d'arc. Matériaux. Université de Limoges, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00345752v2⟩
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