Modélisation et simulation numérique de la génération de plasma ...

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8.3. Variation des paramètres de la décharge12F (kN/m 3 )10864202 3 4 5 6x (cm)F (kN/m 3 )10 110 010 −110 −22 3 4 5 610 2 x (cm)Figure 8.12 – Force électrique du régime continu (l x = 800)Du point de vue de l’aérodynamicien, la production majoritaire d’ions positifs se traduit parune force électrique dirigée de l’anode vers la cathode et dont l’amplitude est d’environ 5 kN/m 3à l’anode et 10 kN/m 3 à la cathode, Figure 8.12. Dans l’espace inter électrode la force restepositive, ce qui indique à nouveau la présence majoritaire d’ions positifs. Les niveaux de forceatteints sont du même ordre de grandeur que les modèles de décharge Fil - Cylindre. De telsniveaux, on l’a vu au chapitre 4, sont capables d’agir sur les écoulements de façon significative.Avant d’en faire la démonstration, une étude paramétrique permet, dans le paragraphe suivant,d’affiner le comportement du modèle.8.3 Variation des paramètres de la déchargeLe modèle pseudo 1D de la décharge se produisant entre deux fils permet d’obtenir descourants électriques proches des mesures. La composante continue du courant est ainsi bienestimée. Une étude de l’influence de divers paramètres est proposée dans ce paragraphe, dont lebut est de dégager des tendances sur le comportement des décharges.Les décharges électriques dépendent très fortement des conditions d’utilisation. Un exemplede cette dépendance est illustré par les courbes de Paschen, dont une illustration est donnéeFigure 2.5. On y voit ainsi que la tension de claquage de l’air dépend du produit P × d de lapression et de la distance inter-électrodes. La décharge dépend a priori de tous les paramètresphysiques et numériques utilisés. Dans ce qui suit, on étudie l’influence séparée de la différencede potentiel, de la pression, du bombardement ionique, de la cinétique choisie, de la résistancedu circuit extérieur et de la vitesse de l’écoulement externe par rapport aux cas convergés. Par lasuite, une étude visant à dégager les tendances essentielles quant à l’utilisation des actionneursdans des conditions proches de celles rencontrées dans le domaine de l’aéronautique montre quele modèle pseudo 1D offre des résultats physiquement réalistes.107
8. Modélisation pseudo 1D du cas expérimental8.3.1 La différence de potentielles courants électriques obtenus pour des différences de potentiel de 30, 35, 40 et 45 kV sontprésentés Figure 8.13.10 4 t (ms)10 3 V G(kV)I (µA)10 310 210 1V = 45 kVGV = 40 kVGV G= 35 kVV G= 30 kVI (µA)10 210 110 00 0.2 0.4 0.6 0.8 110 025 30 35 40 45 50Figure 8.13 – Effet de la différence de potentielLe régime de décharge varie selon la différence de potentiel appliquée. Si elle est trop faible,c’est-à-dire plus faible qu’une valeur seuil comprise entre 35 et 40 kV, le courant cesse de croîtreaprès un ou deux pics de courant. Le courant collecté diminue pour atteindre des valeurs dequelques µA. L’ionisation n’est pas assez forte pour déclencher des avalanches électroniquessuffisamment énergétiques. Lorsque l’on augmente la différence de potentiel, les phénomènesélectroniques sont favorisés. Le cas à 45 kV montre ainsi une augmentation plus rapide du courantà des valeurs de 0,6 à 0,7 mA. Le courant transporté est plus important du fait d’une cinétiquechimique plus explosive et d’un mouvement plus rapide des charges. L’effet de seuil apparaîtnettement sur la courbe de droite, Figure 8.13, représentative de la caractéristique couranttension.Le modèle pseudo 1D surestime la valeur de la tension à appliquer par rapport au cas expérimentalpour lequel la tension appliquée est proche de 30 kV. Ici, le courant de décharge croît pourune valeur comprise entre 35 et 40 kV. Cette différence connue et notée, on étudie cependantl’influence des paramètres afin de dégager des tendances sur le développement des décharges etde déterminer quels phénomènes jouent un rôle prépondérant dans nos simulations.8.3.2 La pressionL’influence de la pression apparaît Figure 8.14. Les pressions considérées sont 0,4, 0,9, 1, 1,1et 4 bars.Une diminution de la pression a le même effet qu’une augmentation de la différence de potentiel.Pour s’en convaincre, il suffit de revenir à la Figure 2.5 représentative des courbes de Paschen.Les collisions diminuant à cause de la raréfaction des molécules neutres, les électrons acquèrentplus d’énergie entre chacune de ces collisions et l’ionisation s’en trouve décuplée. Les résultats108
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Département Modèles pour l’Aér
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Explorer un nouveau domaine lors de
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TABLE DES FIGURES7.6 Décharge nég
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Chapitre 1Introduction1.1 Observati
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1.1. Observation du vent ionique1.1
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1.2. Explication physique du vent i
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1.3. Modèles de vent ioniqueZone n
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1.4. Intérêt des plasmas pour l
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1.6. Plan et résumé du mémoirePo
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Chapitre 2Physique des décharges
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2.2. Généralités sur les gaz ion
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Chapitre 3Description et analyse de
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3.1. Descriptif du banc expériment
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3.2. Analyse des résultatsd’une
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Chapitre 4Description et mise en oe
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4.3. Conclusion4.3 ConclusionLa mé
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Chapitre 5Modèle physique des déc
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BIBLIOGRAPHIE[63] Shcherbakov Yu. V
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