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

More documents

Recommendations

Info

1.4. Intérêt des plasmas pour l’aérodynamiqueFigure 1.7 – Exemple de l’action des décharges couronnes sur le décollement de l’écoulementautour d’un profil d’aile NACA 0015, angle d’incidence 19,8˚, vitesse 25 m/s [64]d’attaque d’un profil d’aile et montrent l’importance de la fréquence de la tension appliquée surle réattachement de la couche limite pour des vitesses de 25 m/s, Figure 1.7 [64]. Ils montrentque la fréquence est plus influente que l’énergie injectée.Il est à noter que d’autres types de décharges sont utilisées pour agir sur les écoulements. Cesont les décharges à barrière diélectrique. Cela consiste à séparer les électrodes par un matériausolide non conducteur tel que le plexiglas, le verre ou des céramiques. Ces décharges sont utiliséesen régime sinusoïdal afin d’évacuer d’une période à l’autre les charges qui, sans cela, s’accumuleraientdangereusement sur la paroi du diélectrique jusqu’à produire sa destruction par effetthermique ou électrique. Les vents ioniques obtenus par ce genre de dispositifs sont généralementde 4 à 5 m/s. L’effet sur les écoulements de couche limite est du même type que celui produit parles décharges couronnes et fait l’objet de nombreuses publications, principalement des équipesde Roth [57], Moreau [42] et Corke [53].Actions menées à l’ONERA L’ONERA a mis en place un programme de recherche dontle but est d’identifier les actionneurs plasma présentant un intérêt dans le domaine du contrôleaérodynamique. Ce programme se compose d’une contribution au projet INCA 1 CombustionAssistée par Plasmas et du PRF 2 PUMA 3 .Les recherches liées à PUMA portent sur les régimes aérodynamiques supersonique, subsoniqueet transsonique. Dans le domaine des écoulements subsoniques, les applications envisagéessont le contrôle de la transition laminaire-turbulent de la couche limite, le contrôle des décollementset le contrôle de la pulvérisation de nappes de carburant liquide injecté. Ces orientations1 INitiative en Combustion Avancée2 Projet de Recherche Fédérateur3 Plasmas Utiles à la Maîtrise de l’Aérodynamique9
1. Introductionfont suite à la synthèse réalisée par Caruana et Séraudie sur les besoins et possibilités de contrôlesur les avions civils de transport [9].L’amélioration de la pulvérisation grâce à des actionneurs plasmas est une des contributionsde l’ONERA au programme INCA. En agissant sur les écoulements aérodynamiques, Larricqet al. montrent une augmentation de la fréquence de battement des nappes liquides, ce qui vadans le sens d’une diminution finale de la taille des gouttes, et donc vers une amélioration de lacombustion, notamment pour des domaines de ralenti moteur durant lesquels la vitesse de l’airest faible [27].Un des objectifs du programme de recherche de l’ONERA est de comprendre comment lesactionneurs génèrent les plasmas et décharges électriques ainsi que leur action sur les écoulementsaérodynamiques. Le but final est de simuler numériquement les phénomènes physiques seproduisant sur les dispositifs expérimentaux afin d’optimiser ces derniers. C’est dans ce cadreprécis que s’inscrit la présente thèse.1.5 Objectif de la thèseLe but de cette thèse réalisée à l’ONERA/DMAE 4 , soutenue par la DGA 5 , en collaborationavec MIP 6 et ONERA/DTIM 7 , est de modéliser et de développer un outil numérique capable desimuler la génération de plasma dans les décharges couronnes et leur interaction avec l’aérodynamique.Cette recherche s’appuie notamment sur les premiers résultats obtenus dans le cadre dela thèse de Géraldine Quinio [54], réalisée à l’ONERA/DTIM en collaboration avec MIP, et dontles travaux ont abouti au développement d’un code de simulation des plasmas utilisés dans ledomaine de la furtivité. Elle s’appuie également sur les travaux expérimentaux menés par AlainSéraudie [61, 62] dans le cadre du projet PUMA.1.6 Plan et résumé du mémoireLa démarche adoptée est la suivante. Tout d’abord, il convient de dégager les phénomènesphysiques à l’origine du vent ionique. La connaissance de ces mécanismes peut alors donner naissanceà une modélisation physique puis numérique de l’interaction entre les plasmas ou déchargeset les écoulements aérodynamiques. Les outils de simulation numérique utilisés au cours de cettethèse ont été enrichis au fur et à mesure. La structure de ce document décrit ainsi commentchaque modèle a permis d’orienter les travaux suivants, pour obtenir finalement un outil numériquedécrivant de façon réaliste la physique du vent ionique créé par les décharges couronnes.4 Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique5 Délégation Générale pour l’Armement6 Mathématiques pour l’Industrie et la Physique de Toulouse7 Département Traitement de l’Information et Modélisation10
Page 2: Département Modèles pour l’Aér
Page 5 and 6: Explorer un nouveau domaine lors de
Page 8: Table des matièresTable des figure
Page 12 and 13: Table des figures1.1 Schéma repré
Page 14 and 15: TABLE DES FIGURES7.6 Décharge nég
Page 16 and 17: Table des figures9.6 Isovaleurs de
Page 18 and 19: Liste des tableaux2.1 Réactions da
Page 20 and 21: Chapitre 1Introduction1.1 Observati
Page 22 and 23: 1.1. Observation du vent ionique1.1
Page 24 and 25: 1.2. Explication physique du vent i
Page 26 and 27: 1.3. Modèles de vent ioniqueZone n
Page 30 and 31: 1.6. Plan et résumé du mémoirePo
Page 32 and 33: Chapitre 2Physique des décharges
Page 34 and 35: 2.2. Généralités sur les gaz ion
Page 44 and 45: 2.3. Décharges hors équilibre dan
Page 54 and 55: Chapitre 3Description et analyse de
Page 56 and 57: 3.1. Descriptif du banc expériment
Page 58 and 59: 3.2. Analyse des résultatsd’une
Page 60 and 61: Chapitre 4Description et mise en oe
Page 62 and 63: 4.1. Stratégie de résolution num
Page 64 and 65: 4.2. Modèle phénoménologique de
Page 70 and 71: 4.3. Conclusion4.3 ConclusionLa mé
Page 72 and 73: Chapitre 5Modèle physique des déc
Page 74 and 75: 5.2. Détermination de la vitesse d
Page 76 and 77: 5.2. Détermination de la vitesse d
Page 78 and 79:
5.3. Production des espècese, N 2
Page 80 and 81:
5.4. Courant électrique et prise e
Page 82 and 83:
5.5. BilanLe champ électrique sera
Page 84 and 85:
Chapitre 6Description de la méthod
Page 86 and 87:
6.2. Description de la méthode num
Page 88 and 89:
Page 90 and 91:
Page 92 and 93:
6.3. Validation sur le dispositif S
Page 94 and 95:
Page 96 and 97:
Page 98 and 99:
Page 100 and 101:
Chapitre 7Comportement du modèleCe
Page 102 and 103:
7.2. Décharge Fil - Cylindre néga
Page 104 and 105:
Page 106 and 107:
Page 108 and 109:
Page 110 and 111:
7.3. Décharge Fil - Cylindre posit
Page 112 and 113:
Page 114 and 115:
Page 116 and 117:
Chapitre 8Modélisation pseudo 1D d
Page 118 and 119:
8.1. Dispositif Fil - Fil en pseudo
Page 120 and 121:
8.2. Résultat des simulations num
Page 122 and 123:
Page 124 and 125:
Page 126 and 127:
8.3. Variation des paramètres de l
Page 128 and 129:
Page 130 and 131:
Page 132 and 133:
8.4. Application à des configurati
Page 134 and 135:
8.5. Bilan du modèle électrique8.
Page 136 and 137:
8.6. Vent ionique8.6 Vent ioniqueLe
Page 138 and 139:
8.6. Vent ionique8.6.3 Ecoulement e
Page 140 and 141:
8.6. Vent ioniqueFigure 8.24 - Comp
Page 142 and 143:
8.7. Conclusionà l’utilisation d
Page 144 and 145:
Chapitre 9Modélisation 2D du cas e
Page 146 and 147:
9.2. Méthode numériqueCi-1,jnoC i
Page 148 and 149:
9.2. Méthode numériqueLes caract
Page 150 and 151:
9.2. Méthode numériqueN n+1 2i,jL
Page 152 and 153:
9.3. RésultatsV G R γ L V 0 P 0 T
Page 154 and 155:
9.3. Résultatssuivant, à t = 1030
Page 156 and 157:
9.3. Résultats2t = 1000 µs122t =
Page 158 and 159:
9.3. Résultats0.3t = 1000 µsx 10
Page 160 and 161:
9.3. Résultats54400y (cm)323002001
Page 162 and 163:
9.4. Vent ionique0.120.10.08y (m)0.
Page 164 and 165:
9.4. Vent ioniqueFigure 9.15 - Comp
Page 166 and 167:
9.5. Conclusion9.5 ConclusionVenant
Page 168 and 169:
Chapitre 10ConclusionCette thèse,
Page 170 and 171:
forme de capacités, inductances et
Page 172 and 173:
Annexe ADescription de la cinétiqu
Page 174 and 175:
A.2. Sources en volumeξ = 0,06 −
Page 176 and 177:
Bibliographie[1] http ://fr.wikiped
Page 178 and 179:
BIBLIOGRAPHIE[31] Loeb L.B. Electri
Page 180:
BIBLIOGRAPHIE[63] Shcherbakov Yu. V
show all

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

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?