Dissertations / Theses on the topic 'Electric Arc Plasma'
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Javidi, Shirvan Alireza. "Modelling of Electric Arc Welding : arc-electrode coupling." Licentiate thesis, Högskolan Väst, Avd för maskinteknik, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hv:diva-5826.
Full textAbstract:
Arc welding still requires deeper process understanding and more accurateprediction of the heat transferred to the base metal. This can be provided by CFD modelling.Most works done to model arc discharge using CFD consider the arc corealone. Arc core simulation requires applying extrapolated experimental data asboundary conditions on the electrodes. This limits the applicability. To become independent of experimental input the electrodes need to be included in the arcmodel. The most critical part is then the interface layer between the electrodesand the arc core. This interface is complex and non-uniform, with specific physicalphenomena.The present work reviews the concepts of plasma and arc discharges that areuseful for this problem. The main sub-regions of the model are described, andtheir dominant physical roles are discussed.The coupled arc-electrode model is developed in different steps. First couplingsolid and fluid regions for a simpler problem without complex couplinginterface. This is applied to a laser welding problem using the CFD softwareOpenFOAM. The second step is the modelling of the interface layer betweencathode and arc, or cathode layer. Different modelling approaches available inthe literature are studied to determine their advantages and drawbacks. One ofthem developed by Cayla is used and further improved so as to satisfy the basicprinciples of charge and energy conservation in the different regions of thecathode layer. A numerical procedure is presented. The model, implementedin MATLAB, is tested for different arc core and cathode conditions. The maincharacteristics calculated with the interface layer model are in good agreementwith the reference literature. The future step will be the implementation of theinterface layer model in OpenFOAM.
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Aula, M. (Matti). "Optical emission from electric arc furnaces." Doctoral thesis, Oulun yliopisto, 2016. http://urn.fi/urn:isbn:9789526210926.
Full textAbstract:
Abstract The main cause of temperature and composition fluctuations in the electric arc furnace (EAF) process is the scrap used as a raw material. Process conditions in EAF can vary significantly from heat to heat because there is no accurate information of scrap composition. Due to harsh process conditions, there are currently few sensors available for direct on-line measurement of the EAF process. In this work new information about stainless steelmaking EAF process conditions is sought with optical emission spectrum measurement. The measurement system relies on transportation of the light emitted from the measured furnace to a remotely situated spectrometer. Analysing the slag composition from the arc emission spectrum was tested in the laboratory and on a pilot scale. The laboratory measurements indicate that changes in the amount of CrOx and MnO in the slag have the highest impact on optical emission spectra. The pilot scale measurements show that the Cr2O3 content of the slag can be measured from the arc emission spectrum using suitable reference lines with an average absolute error of 0.62 %-points and a standard deviation of 0.49 %-points. The results from measurements at Outokumpu Stainless Oy, Tornio Works, indicate that measurement of the optical emission spectrum from industrial EAF is feasible in a practical sense, and can be used in analysing of EAF atmosphere, scrap melting and slag surface. Furthermore, the results of industrial measurements indicate that the atoms in the arc plasma mainly originate from the slag. The measurement of scrap melting could be potentially used in EAF control in optimization of arc voltages and second scrap bucket charging. The potential use of slag CrOx measurements is in optimization of reductant additions as well as defining the further processing of EAF slagTiivistelmä Valokaariuunien ohjaus on perinteisesti ollut uunioperaattorin käsissä. Valokaaariuuniprosessin on-line mittaukseen on olevassa vähän menetelmiä johtuen uunin hyvin haastavaista olosuhteista. Tässä työssä on tutkittu optiseen emissiospektroskopiaan perustuvaa menetelmää uuden jatkuva-aikaisen tiedon tuottamisessa valokaariuuniprosessista. Mittausjärjestelmä perustuu valon keräämiseen mitattavasta uunista valokuidun avulla, joka johtaa valon analysoitavaksi etäälle prosessista sijoitettuun spektrometriin. Mittauksia suoritettiin laboratorio-, pilot- ja tehdas-mittakaavassa. Valokaariuunin kuonan koostumuksen analysointia testattiin laboratorio- ja pilot-mittakaavan uuneilla. Laboratoriomittaukset osoittivat että kuonan komponenteista CrOx ja MnO ja vaikuttavat eniten mitattuun emissiospektriin. Pilot-mittakaavan kokeissa havaittiin, että kuonan Cr2O3-pitoisuutta voidaan mitata valokaaren emissiospektristä 0,62 %-yksikön keskimääräisellä absoluuttisella virheellä ja 0,49 %-yksikkön hajonnalla. Teollisella valokaariuunilla suoritetuista mittauksista havaittiin että optisen emissiospektrin mittaus voidaan suorittaa ilman ylitsepääsemättömiä teknisiä esteitä. Mittauksen tuloksia voidaan puolestaan käyttää kaasufaasin reaktioiden, romun sulamisen ja kuonapinnan ominaisuuksien arvioinnissa. Valokaaren emissiospektrin analyysi osoitti, että valokaaren plasman komponentit ovat pääosin peräisin kuonasta, joka mahdollistaa kuonan koostumuksen arvioinnin valokaaren emissiospektrin perusteella. Romun sulamisen mittausta voidaan prosessinohjauksessa käyttää jänniteportaiden ja toisen korin panostuksen optimointiin. Kuonan kromipitoisuuden mittaamista voidaan puolestaan käyttää pelkistinaineiden lisäyksen optimointiin ja kuonan jatkokäsittelyn valintaan
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Lisnyak, Marina. "Theoretical, numerical and experimental study of DC and AC electric arcs." Thesis, Orléans, 2018. http://www.theses.fr/2018ORLE2013/document.
Full textAbstract:
L’apparition accidentelle d’un arc électrique dans le système de distribution électrique d’un aéronef peut compromettre la sécurité du vol. Il existe peu de travaux liés à cette problématique.Le but de ce travail est donc d’étudier le comportement d’un arc électrique, en conditions aéronautiques,par des approches théorique, numérique, et expérimentale. Dans ce travail, un modèle MHD de la colonne d’arc à l’ETL a été utilisé, et résolu à l’aide du logiciel commercial comsolMultiphysics. Afin de décrire l’interaction plasma-électrodes, le modèle a dû étendu pour inclure les écarts à l’équilibre près des électrodes. Ces zones ont été prises en compte en considérant la conservation du courant et de l’énergie dans la zone hors-équilibre. L’approche choisie et le développement du modèle ont été détaillés. La validation du modèle dans le cas d’un arc libre a montré un excellent accord avec les résultats numériques et expérimentaux de la littérature.Ce modèle d’arc libre a été étendu au cas de l’arc se propageant entre des électrodes en configuration rails et en géométrie 3D. Une description auto-cohérente du déplacement de l’arc entre les électrodes a été réalisée. La simulation numérique a été faite pour des arcs en régimes DC, pulsé et AC à des pressions atmosphériques et inférieures. Les principales caractéristiques de l’arc ont été analysées et discutées. Les résultats obtenus ont été comparés avec les résultats expérimentaux et ont montré un bon accord.Ce modèle d’arc électrique est capable de prédire le comportement d’un arc de défaut dans des conditions aéronautiques. Des améliorations du modèle sont discutées comme perspectives de ce travailThe ignition of an electric arc in the electric distribution system of an aircraft can be a serious problem for flight safety. The amount of information on this topic is limited, however. Therefore,the aim of this work is to investigate the electric arc behavior by means of experiment and numerical simulations.The MHD model of the LTE arc column was used and resolved numerically using the commercial software comsol Multiphysics. In order to describe plasma-electride interaction, the model had to be extended to include non-equilibrium effects near the electrodes. These zones were taken into account by means of current and energy conservation in the non-equilibrium layer. The correct matching conditions were developed and are described in the work. Validation of the model in the case of a free burning arc showed excellent agreement between comprehensive models and the experiment.This model was then extended to the case of the electric arc between rail electrodes in a 3D geometry. Due to electromagnetic forces the electric arc displaces along the electrodes. A self-consistent description of this phenomenon was established. The calculation was performed for DC, pulsed and AC current conditions at atmospheric and lower pressures. The main characteristics of the arc were analyzed and discussed. The results obtained were compared with the experimental measurements and showed good agreement.The model of electric arcs between busbar electrodes is able to predict the behavior of a fault arc in aeronautical conditions. Further improvements of the model are discussed as an outlook of the research
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Coulombe, S. (Sylvain). "A model of the electric arc attachment on non-refractory (cold) cathodes /." Thesis, McGill University, 1997. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=34710.
Full textAbstract:
In this work, a physical model describing the electric arc attachment on electron emitting non-refractory (cold) cathodes is developed and applied to Cu, Fe and Ti cathodes. The model considers the possibility of a pressure build up in the cathode region due to the strong vaporization of the cathode, the formation of a cathode sheath according to the Bohm's model, and the ion-enhanced thermo-field emission of electrons by the cathode surface. The self-sustaining operating conditions of the discharge are defined by two simple criteria based on particle and energy balance considerations. Results clearly show the necessity of having high local metallic vapor pressures in the cathode region of non-refractory cathodes in order to have a self-sustaining arc attachment. A minimum pressure of at least 19 atm is needed for a Cu cathode. This minimum pressure is shown to decrease as the cathode material boiling temperature increases according to an exponential decay law. Current densities of the order of 1010 A m--2 are maintained at the surface of a Cu cathode mainly by the emitted electrons. A comparison of the three different models for the electron emission current found in the literature allowed to define the limits of validity of each model for two typical arc-cathode interaction systems, and to evaluate the underestimation made on the emission current density when a less appropriate model is used. This underestimation is shown to cause an overestimation of important parameters such as the cathode surface temperature and metallic vapor pressure in the cathode region. An analysis of the mechanisms of heat transfer to the cathode surface allowed to show that the confinement of the cathode spot plasma forming the arc attachment could favor the production of vapors to the detriment of liquids. Such a phenomenon is of importance in Arc Ion Plating for instance. Heat losses by conduction in the cathode bulk larger than 1010 W m--2 are shown to favor the formation of liquid
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Krolak, Matthew Joseph. "Optimization of a magnetoplasmadynamic arc thruster." Link to electronic thesis, 2007. http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-042607-155701/.
Full text
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Sousa, martins Rafael Alexandre. "Etude expérimentale et théorique d'un arc de foudre et son interaction avec un matériau aéronautique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC080/document.
Full textAbstract:
Aujourd’hui, l’étude des effets directs de la foudre sur les structures aéronautiques pourrait s’appuyer, au moins en partie, sur des outils de simulation. Néanmoins, le manque de données expérimentales sur la phase d’arc impulsionnelle ne permet pas de justifier le caractère prédictif des outils de simulation.L’objectif de cette thèse est de réaliser une base de données expérimentale en s’appuyant sur la caractérisation des arcs de foudre dans des situations standardisées. Ces données peuvent être utilisées à la fois pour la compréhension des phénomènes observés lors des essais, mais surtout comme référence comparable aux outils de simulation.Dans un premier temps, on s’intéresse à la colonne d'arc libre dans l’air, hors interaction avec les électrodes. Par ailleurs, les profils spatio-temporels de température et de pression sont évalués par spectroscopie d'émission. On montre ainsi que, pour un arc de 100 kA, la température maximale atteint 37400 K sur l'axe de la colonne à 2 μs après l’amorçage, avec une pression de l’ordre de 45 bars.Dans un second temps, on s’intéresse à l'interaction de l'arc foudre avec des matériaux aéronautiques. La dynamique du pied d'arc ainsi que les caractéristiques de l’onde de choc sont analysées sur différents matériaux aéronautiques tels que l’aluminium ou des composites à fibres de carbone. Les contraintes thermomécaniques subies par le matériau sont étudiées par thermographie infrarouge, et par des mesures de déflexion rapide au centre du matériau, conduisant à une évaluation de la pression exercée par l’arc au point d’impactNowadays, the study of the direct effects of lightning on aeronautical structures could be based, at least in part, on simulation tools. Nevertheless, the lack of experimental data on the transient phase of the lightning arc does not allow us to justify the predictive nature of the simulation tools. The objective of this thesis is to produce an experimental database based on the characterization of lightning arcs in standardized situations. These data can be used both for the understanding of the phenomena observed during the tests, but especially as a reference comparable to the simulation tools.First, we are interested in the free arc column in air, without interaction with the electrodes. Furthermore, time- and space-resolved profilesof temperature and pressure are evaluated by emission spectroscopy. For a 100 kA arc, it is shown that the temperature reaches 37400 K in the arc axis at 2 μs after arc ignition, with a corresponding pressure of 45 bar.Second, we are interested in the interaction of the lightning arc with aeronautical materials. The dynamics of the arc roots and the characteristics of the shock wave are analyzed for different aeronautical materials such as aluminum or carbon fiber composites. The thermo-mechanical constraints applied on the material are studied by infrared thermography and by rapid deflection measurements at the center of panel, leading to an evaluation of the pressure exercised by the arc at the attachment point
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Hameurlaine, Kheira. "Contribution à l'étude d'un arc électrique de faible puissance." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00821030.
Full textAbstract:
L'étude présentée ici entre dans la problématique générale des arcs électriques intervenant dans des applications industrielles telles que le soudage, le découpage, le traitement des déchets. Ce travail constitue une première phase de modélisation de cette étude générale. Le plasma est décrit par un ensemble d'équations de conservation de fluide et de l'électromagnétisme, complétés par des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport appropriés, en formant un système d'équations non linéaires fortement couplées. Ces équations sont écrites en supposant l'équilibre thermodynamique local, une symétrie cylindrique et un écoulement laminaire stationnaire. Ce système d'équations est résolu à l'aide du logiciel commercial FLUENT de type CFD fondé sur l'approche des volumes finis. Pour pouvoir utiliser la partie solveur nous avons résolu notre modèle en utilisant les routines UDF Users-Defined-Function. Dans une première partie, nous présentons la validation du modèle à deux dimensions et à 100 A dans l'argon par des résultats de la littérature. Cette comparaison laisse apparaître un accord satisfaisant sur les profils de température dans la colonne de plasma et des différences dans les zones proches des électrodes dues aux conditions aux limites. Dans une deuxième partie, nous présentons une étude expérimentale, à l'issue de laquelle on constate que les profils de température expérimentaux sont en accord avec ceux du modèle dans la zone de colonne positive.
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Trenty, Laurent. "Modélisation du chauffage de bains métalliques par un plasma d'arc transféré." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0510.
Full textAbstract:
L'objet de la thèse est le développement d'un modèle numérique bidimensionnel de simulation du chauffage d'un bain métallique anodique par un plasma d'arc transféré. La configuration retenue est proche de celle du four à arc transféré de petite capacité (200kw - 2000a, 40 litres) développé au laboratoire plasma d'EDF-der aux renardières pour étudier les transferts thermiques dans ce type de chauffage. Le modèle permet le calcul des différents champs (vitesse, température, turbulence, électromagnétique) dans la région de l'arc électrique, dans le bain et dans l'électrode de sole. Les équations de Navier-Stokes couplées aux équations de l'électromagnétisme sont résolues dans chaque domaine par une méthode numérique aux différences finies ou volumes finis à pas fractionnaires. Pour le calcul de l'arc, les transferts radiatifs sont également calcules ainsi que le transport des vapeurs métalliques et leurs effets sur les propriétés du plasma. Un modèle monodimensionnel spécifique est utilise pour la modélisation de la couche limite anodique au-dessus du bain. Le couplage du calcul arc avec le calcul du bain est assure par des conditions aux limites a l'interface. Deux cas de longueur d'arc, 0,15m et 0,25m, ont été traites. Les résultats seront présentés et comparés avec des mesures de flux effectuées sur le four dans des conditions similaires.
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Fleury, Emmanuel. "Etude d'un plasma de méthane en atmosphère non oxydante." Rouen, 1988. http://www.theses.fr/1988ROUES004.
Full textAbstract:
Analyse spectrale de l'arc de 1 à 10 µm. Une étude en chromatographie en phase gazeuse a permis de mesurer la concentration des espèces stables générées par le plasma. L'étude du spectre visible permet une estimation de l'état d'excitation du plasma en particulier par l'étude des bandes de Swann de C2
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Lu, Jingjing. "Caractérisation du comportement du plasma dans un disjoncteur basse tension par le développement d'un outil numérique et d'expériences associées." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30154.
Full textAbstract:
Les processus liés à la segmentation de l'arc et à la quantification des chutes de tension additionnelles sont les phénomènes prépondérants à la compréhension et à l'optimisation des Disjoncteurs Basse Tension (DBT). Le but de nos travaux est d'appréhender leurs comportements par l'expérience et leurs représentations par l'outil numérique. Pour cela une modélisation magnétohydrodynamique tridimensionnelle (3D) est réalisée sur une géométrie simplifiée de DBT. Les développements sont basés sur le code commercial Ansys @Fluent agrémenté d'UDF (User Define Functions). Afin d'étudier et d'isoler les mécanismes, les travaux expérimentaux et numériques sont réalisés sur une maquette simplifiée constituée de deux électrodes en parallèle et de la présence optionnelle de séparateurs. Numériquement la tension additionnelle, provenant de la présence des gaines aux interfaces plasma/matériau, est prise en compte par une méthode approchée basée sur la caractéristique théorique d'une variation de la tension en fonction de la densité de courant. Cette résistivité additionnelle permet une représentation du passage du courant vers les matériaux et du retard à la commutation sur le séparateur en fonction de la chute de tension. Les travaux ont été menés entre deux rails en utilisant un et deux séparateurs. Côté expérimental, le comportement de l'arc est caractérisé par des mesures électriques (Tension, courant) et par des acquisitions de la caméra rapide. L'amorçage de l'arc est initié par un fil fusible en cuivre de 0.1 mm. La géométrie étudiée peut être plus ou moins fermée à ses extrémités afin de mettre en évidence les effets des forces de pression et/ou des forces de Lorentz. Une bonne analogie de la description du comportement de l'arc est retrouvée entre les résultats du modèle et les résultats expérimentaux. Cependant les conditions initiales du modèle s'avèrent prépondérantes et dans les mêmes temps délicats à déterminerThe arc splitting process and the quantification of additional voltage drops are the major phenomena to understand and to optimize the Low Voltage Circuit Breaker (LVCB). The aim of our work is to understand their behavior through experiments and then their representation by our model. Therefore, a three-dimensional (3D) magnetohydrodynamic modeling is carried out on a simplified LVCB geometry. The developments are based on the commercial code Ansys @Fluent with UDF (User Define Functions). The plasma is described by fluid equations and a finite volume method. To study and isolate the mechanisms, the experimental and numerical work were realized on a simplified geometry, composed by two parallel electrodes with or without splitter plates. Numerically, the additional voltage resulting from the sheaths at the plasma/material interfaces, is considered by an approximate method based on the theoretical characteristic of voltage variation, as the function of current density. This additional resistivity allows to present the current flow in the materials and create some delay at the switching during the splitting process. Further to the experiments, the arc behavior is characterized by electrical measurements (Voltage, current) and by high-speed camera. The arc ignition is realized by a copper fuse of 0.1 mm. The geometry can be more or less closed at its both extremities in order to highlight the effects of pressure force and/or Lorentz force. The description of arc behavior was found similar between the simulation and experiments results. However, the initial conditions of our model proved to be preponderate while at the same time, the conditions remained delicate to determine
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Samohejl, Matěj. "Rozšíření možností optické diagnostiky spínacího oblouku." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2016. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-242055.
Full textAbstract:
This master´s thesis si focused on determinig methodology of optical diagnostics of the switching arc using the high-speed camera Photron SA-X2. The thesis contains basic rules for proper setup of the measurement system and the rules to adjust the camera exposure. The experiments were performed on the prototype of a parametric switching chambre, while the majority of source materials was derived from the requirements of another study which was aimed on the movement of the electode spots. The process of the first adjustment of the camera, a record edit options for the presentation purposes and the process of the 3D model design of the switching arc in SketchUp software was stated. Paper contains a comparsion of the spectral filter effect and neutral density filter effect on the final record as well. The part of the work outputs are the 3D model of the switching arc and the supporting record editing software. The paper results show a degree of the inaccuracies in a optical diagnostics made from only one direction caused by the lack of the information about third dimension.
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Elayoubi, Mustapha. "Transfert d'atomes d'hydrogène vers la cathode d'un arc réducteur de composition argon-hydrogène /." Thèse, Chicoutimi : Université du Québec à Chicoutimi, 1989. http://theses.uqac.ca.
Full text
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Razafinimanana, Manitra. "Etude des proprietes d'un plasma d'arc dans les melanges hexafluorure de soufre-azote (sf : :(6)-n::(2))." Toulouse 3, 1986. http://www.theses.fr/1986TOU30240.
Full textAbstract:
Methodes et resultats de calcul de composition du plasma, des grandeurs thermodynamiques a l'equilibre et des coefficients de transport. Modelisation du plasma d'arc en regime stationnaire, fondee sur la resolution de l'equation de conservation de l'energie. Interpretation quantitative de certaines proprietes caracteristiques de la colonne d'arc stabilise. Etude de l'extinction de l'arc et calcul de l'evolution de la conductance du plasma. Cette etude permet d'analyser les principaux mecanismes gouvernant l'evolution d'un arc stabilise non souffle en extinction.
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Kasal, Ondřej. "Zjednodušený model axiálně chlazeného oblouku." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-218009.
Full textAbstract:
Using of computer technology brings advantages of quick and well-arrange data. Computer technology offers change of transferring information the same way as that often using. Capacity and execution of computer technology is depending on kind and size of elaborated information. It is necessary to use to computer technology in application working with big data range and in application which needs many steps to finish calculation it means when we are using iterative methods. It is computer technology which creates main part of simulation, computation and visualization methods which are using in technical application. Plasma is using in many way of industry from technical manufacturing of materials to application in power electronics. Attention is paid to plasma. To description to fourth state of substance and for description to processes in plasma are used mathematic and physic equations. To solve to equations is hard and we need many steps to cover it. It is necessary to use computer technology to work up different method performs to describe electric arc.
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Richard, Frédéric. "Etude et caracterisation d'une decharge electrique glissante dans l'air a pression atmospherique." Orléans, 1995. http://www.theses.fr/1995ORLE2061.
Full textAbstract:
Les arcs glissants qui se deplacent dans un ecoulement de gaz entre deux electrodes profilees en forme de tuyere permettent d'obtenir a la pression atmospherique et aux pressions plus elevees des plasmas hors equilibre caracterises a la fois par de fortes densites electroniques (superieures a 10#1#4 cm#-#3) et des champs electriques eleves de l'ordre de 10#4 v/m. Ces dispositifs sont interessants et prometteurs pour de nombreuses applications industrielles dans le domaine de la plasma chimie (destruction des composes organiques volatils (cov), desulfuration des gaz et reduction de h#2s, valorisation du methane, transformation du protoxyde d'azote n#2o en no#x). Ce travail porte sur l'etude d'une telle decharge alimentee a partir d'une source electrique continue, dans l'air a pression atmospherique. Plusieurs methodes de diagnostics ont ete utilisees (photographie rapide avec une camera dtc intensifiee, capteurs optoelectroniques, mesures electriques, spectrometrie moleculaire). Les resultats obtenus ont montre que le comportement de ces decharges peut etre decrit a l'aide de modeles relativement simples et ont permis de mettre en evidence les differents parametres importants qui caracterisent le fonctionnement du dispositif (debit de gaz, tension, intensite du courant, distance minimale des electrodes). L'arc glissant peut etre decrit comme un fin cordon de plasma (diametre 1 mm) a haute temperature (6000 k), entoure d'une gaine plasmagene a plus basse temperature (3000 k) hors equilibre et contenant de nombreuses especes moleculaires excitees. Celui-ci se deplace et s'allonge sous l'effet des forces d'entrainement exercees par le flux de gaz. Une difference de vitesse importante entre le gaz et l'arc glissant produit un refroidissement efficace et deplace le regime de fonctionnement depuis le regime d'arc vers un regime de decharge luminescente. La tension aux bornes de l'arc augmente proportionnellement a son allongement et la tension maximale atteinte, correspond a la tension de claquage au col des electrodes (tension de paschen) qui provoque l'amorcage d'un nouvel arc. Cette etude constitue un progres significatif dans la connaissance des phenomenes physiques associes a l'arc glissant. Cependant, le dernier chapitre de ce travail qui est consacre a l'etude de la formation de no#x dans l'arc, revele l'ampleur du travail restant a accomplir pour maitriser parfaitement les phenomenes physico-chimiques intervenant dans ce type de decharge
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Gongassian, Michel. "Etude theorique du rayonnement emis par un plasma d'hexafluorure de soufre." Toulouse 3, 1986. http://www.theses.fr/1986TOU30066.
Full textAbstract:
Calcul des coefficients d'absorption et d'emission du rayonnement dans un plasma de sf6 pour des temperatures de 5 000 a 30 000k et une pression de 1 a 8 atm. Les especes considerees sont les electrons, les atomes neutres f et s,les ions negatifs f**(-) et s**(-) et les ions atomiques positifs une et deux fois charges. Le rayonnement total tient compte des raies, de la recombinaison radiative, de l'attachement electronique et du bremsstrahlung (electron-ion et electron-atome)
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SAKALIS, IOANNIS V. "Contribution a l'etude du pouvoir de coupure de l'hexafluorure de soufre et des melanges hexafluorure de soufre-azote." Toulouse 3, 1986. http://www.theses.fr/1986TOU30068.
Full textAbstract:
Techniques de diagnostic spectroscopique pour la mesure des densites d'ions negatifs dans un arc de sf::(6) stabilise par parois, fonctionnant en regime stationnaire a la pression atmospherique. La temperature obtenue a partir des mesures des intensites absolues de deux raies (de s et s**(+)) a ete comparee avec celle obtenue par une modelisation du plasma basee sur l'equation de conservation de l'energie. La densite electronique a ete mesuree par l'intensite absolue du fond continu de recombinaison de s**(+). Les densites d'ions negatifs ont ete obtenues a l'aide de la loi de saha, a partir des densites d'atome du s et du f, de la densite electronique et de la temperature
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OUAJJI, HASSAN. "Etude de proprietes de transport d'un plasma de melange air-cuivre : modelisation de la colonne d'arc." Clermont-Ferrand 2, 1986. http://www.theses.fr/1986CLF21034.
Full textAbstract:
Calcul des coefficients de conductivite thermique, de conductivite electrique et de viscosite du melange air-cuivre a la pression atmospherique pour des temperatures comprises entre 5000 k et 14000 k et differentes valeurs de la teneur en cuivre. Dans les memes conditions de temperature et de pression, la determination de la composition d'equilibre du melange met en evidence l'evolution de la population des differentes especes chimiques en presence en fonction de la teneur en cuivre. Les caracteristiques macroscopiques de la colonne (champ electrique, profil de temperature) sont obtenues a partir du modele energetique de elenbaas-heller
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SAUVAGE, BRUNO. "Etude des plasmas d'arc d'hydrogene/methane : application a l'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds." Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30012.
Full textAbstract:
Description du dispositif experimental concu, construit et optimise ainsi que les moyens de diagnostic "in-situ" et "off-line". L'hydrogene est le gaz plasma et la puissance de quelques dizaines de kilowatts. Le reacteur traite jusqu'a 10 kg/h d'hydrocarbures. Etude des caracteristiques du plasma d'onc d'hydrogene-methane. Resultats obtenus lors de l'hydropyrolyse de trois molecules modeles (decaline, n-hexadecane, dodecylbenzene) puis d'un distillat sous vide. Ces performances sont comparees a celles obtenues en hydropyrolyse non plasma et en cracking catalytique
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Maouhoub, Essaadia. "CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA MOLECULE DE CO2 SUR UN PLASMA DE MELANGE Ar-CO2,ETUDE EXPERIMENTALE DE LA REPARTITION RADIALE DESTEMPERATURES DANS UN PLASMA Ar-CO2." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00174390.
Full textAbstract:
Ce travail comprend deux parties essentielles: une partie théorique et une partie expérimentale. La partie théorique est consacrée à la mise au point d'un formalisme numérique (méthode de Newton-Raphson) en utilisant tes lois d'équilibre de la thermodynamique pour le calcul de la composition et les propriétés thermodynamiques des plasmas thermiques. Ce calcul a été appliqué pour différentes valeurs de pourcentages de CO2 afin de mettre en évidence l'influence de cette molécule sur les propriétés thermodynamiques du plasma du mélange Ar-CO2, à la pression atmosphérique.La partie expérimentale constitue la partie principale et essentielle de ce travail. Nous avons mis au point la chambre à arc stabilisé par parois (type Maecker modifié) afin de disposer d'un arc stable dans le temps. Les méthodes de diagnostic du plasma sont basées sur la spectroscopie d'émission. Deux méthodes d'interpolation (polynôme, spline) pour le lissage des points expérimentaux sont comparées. Les profils de températures d'excitation sont détermines à partir des raies atomiques (argon, carbone, oxygène) et les profils de température de rotation à partir des spectres moléculaires observés, système de Swan C2(0,0) et système violet de CN(0,0).
Les principaux résultats expérimentaux obtenus montrent que :
-la composition locale du plasma n'est pas celte injectée,
- la température augmente en fonction du courant,
-le gradient de température diminue quand le courant augmente,
-les formes des profils des températures d'excitation sont modifiées pour le plasma du mélange Ar-CO2
-le gradient de température diminue quand on augmente te pourcentage de CO2,
- la formation d'un noyau à température élevée sur l'axe de la décharge et d'un début de palier entre 7 000k et 8 500 K,
- les températures de rotations sont vraisemblablement celtes de la périphérie.
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Bultel, Arnaud. "Analyse d'un plasma d'azote basse pression en situations de jet libre et de couche limite." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUE5007.
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Ce travail est consacré à l'analyse d'un jet de plasma d'azote basse pression généré par un arc continu transféré. Des mesures ont également été réalisées dans la couche limite développée au-dessus d'une plaque refroidie, en inox, placée dans le sens de l'écoulement. Le degré de dissociation du plasma dans les premiers centimètres du jet libre a été obtenu par spectroscopie U. V. En absorption et en émission. A cette fin, deux sources de rayonnement ont été conçues et réalisées. La densité et la température électroniques, ainsi que le nombre de Mach ont été mesurés par sondes Langmuir. Les résultats sont en désaccord avec les schémas cinétiques habituellement appliqués à l'azote dans les codes de calcul (C. Park). Un dispositif original a été conçu et validé dans l'argon et l'azote, qui permet de déduire la température cinétique de l'évolution de la température d'un thermocouple rapidement immergé dans le plasma
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Zhan, Yiyi. "PC-based visual simulation of high pressure arc plasma." Thesis, University of Liverpool, 2011. http://livrepository.liverpool.ac.uk/3433/.
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Kahhali, Nicolas. "Modélisation et simulations numériques du transfert radiatif dans les plasmas d'arc électrique." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2009. http://www.theses.fr/2009ECAP0023/document.
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De nombreuses études, aussi bien expérimentales que théoriques, ont été menées pour l'industrie électrique afin de comprendre et d'être capable de prédire les mécanismes intervenant lors d'une coupure électrique par arc. Ces études ont montré la grande diversité et complexité des phénomènes physiques et chimiques mis en œuvre. L'arc électrique créé juste après la séparation des contacts est poussé par les forces électromagnétiques vers une zone d'extinction. Durant son développement et sa propagation, l'énergie lui est fournie par effet Joule et est dissipée par différents modes de transfert thermique. Son expansion rapide induit des effets de compressibilité avec la propagation d'ondes de pression. Le rayonnement intense du plasma créé, ainsi que les phénomènes aux pieds des électrodes, induisent une ablation des parois qui change la composition chimique du milieu et rend plus complexe la modélisation de l'ensemble des phénomènes couplés par hydrodynamique, électromagnétisme, transferts thermiques et diffusion d'espèces chimiques en régime fortement instationnaire. Le rôle du transfert radiatif est primordial dans la mesure où, d'une part, il conditionne le champ de température et donc les propriétés de transport, notamment électriques, et, d'autre part, participe pour une grande part à la thermo-dégradation des parois.La modélisation de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques a beaucoup progressé durant les vingt dernières années mais le calcul du transfert radiatif demeure un point bloquant dans l'avancement des méthodes de modélisation.En effet, le champ de rayonnement est caractérisé par une luminance qui dépend de la longueur d'onde, de la position spatiale, de la direction de propagation, ainsi que du temps au travers ici des variations des champs de température et de la composition chimique.La prise en compte rigoureuse de toutes ces dépendances demeure inaccessible à l'heure actuelle pour des simulations complètes d'extinction d'arc, en particulier à cause de la complexité des spectres d'émission et d'absorption des milieux plasmas. Le recours à des modèles approchés pour le traitement spectral et/ou pour les dépendances géométriques et directionnelles est nécessaire.Ce travail a été mené en collaboration entre le Laboratoire EM2C et la société Schneider Electric. Il fait suite à des travaux de collaboration antérieurs dont l'objectif était la détermination des propriétés radiatives fondamentales des plasmas d'arc (Thèse S. Chauveau).Le but principal du présent travail est de développer des modèles approchés mais précis, ainsi que des outils de simulation numérique avec différents degrés de finesse, pour le calcul du champ de puissance radiative et des flux pariétaux dans des chambres de coupure électrique basse tension. Les modèles et outils développés doivent être implémentés dans des codes de simulation hydrodynamique dédiés soit à des géométries bidimensionnelles simplifiées, soit à des géométries industrielles complexes et tridimensionnelles. Ces outils doivent Les études expérimentales menées sur des maquettes représentatives des dispositifs industriels montrent la présence de vapeurs plastiques et métalliques dues à l'ablation et à l'érosion des parois. La composition chimique change par ailleurs fortement avec le temps entre la naissance et l'extinction de l'arc électrique. Bien que les modèles développés ici puissent être adaptés à cette composition chimique complexe, nous supposerons tout le long de ce travail que le milieu gazeux est un plasma d'air à l'équilibre thermique et chimique localNon fourni
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Marboutin, Yves. "Contribution à l'étude et à l'optimisation d'une torche à plasma à arc non transféré." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22256/document.
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Le contexte de cette thèse est la production du vecteur énergétique hydrogène par thermolyse de la vapeur d’eau consistant en la dissociation de la molécule H2O en oxygène (O) et hydrogène (H). Le dispositif employé est une torche à plasma d’arc non transféré développée au LAEPT. Après l’exposition de la théorie sur la physique des plasmas et la spectrométrie d’émission atomique nécessaire à l’exploitation des mesures, cette thèse présente l’évolution de la torche à plasma ainsi que son environnement nécessitée par la présence de gaz instables et explosifs. Les mesures des différentes grandeurs électriques, hydrauliques et spéctrométriques ont permis la détermination des caractéristiques physique et chimique d’un plasma formé d’un mélange de vapeur d’eau – d’argon. La détermination de grandeurs telles que la température du jet plasma, la conductivité électrique, l’enthalpie massique et la densité électronique, est basée sur la comparaison entre expérimentation et théorieThe context of this thesis is the production of hydrogen as an energy vector by steam thermolysis consisting in the dissociation of H2O molecule into oxygen (O) and hydrogen (H). The process used is a plasma torch device developed by the LAEPT. After presenting the theory of plasma physics and atomic emission spectroscopy which will help to make the most of the measured realized, this thesis will show the evolution of the plasma torch device and the experimental environment required to work with explosive and unstable gases. Some measurements like electrical, hydraulic and spectroscopy magnitudes made it possible to determine the chemical and physical characteristics of a water vapor – argon plasma. A comparison between experiments and theoretical knowledge will enable to determine the temperature of a flow of plasma, electrical conductivity, enthalpy and the electronic density
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Rehmet, Christophe. "Étude théorique et expérimentale d’une torche plasma triphasée à arcs libres associée à un procédé de gazéification de matière organique." Thesis, Paris, ENMP, 2013. http://www.theses.fr/2013ENMP0041/document.
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Les torches à arcs plasma sont actuellement utilisées dans de nombreuses applications industrielles. Une technologie plasma triphasée à électrodes en graphite est en cours de développement au Centre PERSEE MINES ParisTech. Cette technologie diffère sensiblement des technologies à courant continu traditionnelles et vise à dépasser certaines limites des systèmes actuels en termes de robustesse, de coûts d'équipement et d'exploitation pour des applications liées à conversion et la valorisation de biomasse et déchets. Dans le but d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques instationnaires intervenant dans les décharges triphasées, une étude menée en parallèle sur les plans théorique et expérimental a été conduite en conditions non réactives (azote et gaz de synthèse). Sur un plan expérimental cette étude s'est appuyée sur des analyses réalisées avec une caméra ultra rapide (100 000 images par seconde) et l'analyse des signaux électriques. Sur un plan théorique cette étude a consisté à développer un modèle Magnéto-Hydro-Dynamique (MHD) 3D instationnaire de la zone d'arc dans l'environnement du logiciel Code Saturne® et à effectuer une étude paramétrique basée sur le courant, la fréquence et le débit de gaz plasma. Deux configurations : électrodes coplanaires et parallèles ont été étudiées. Cette étude a permis de mettre en avant l'influence des phénomènes électromagnétiques et hydrodynamiques sur le déplacement de l'arc. Dans le cas coplanaire les jets aux électrodes semblent jouer un rôle prépondérant sur le mouvement des arcs, les transferts de chaleur dans l'espace inter électrode et l'amorçage des arcs. Dans le cas parallèle le mouvement des canaux chauds semble être le paramètre dominant. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux a montré un très bon accord à la fois au niveau du mouvement des arcs et des signaux électriquesArc plasma torches are widely used in industrial applications. A 3-phase AC plasma technology with consumable graphite electrodes is under development at PERSEE MINES - ParisTech. This technology noticeably differs from the classical DC plasma torches and aims at overcoming a number of limits of plasma systems in terms of reliability, equipment and operating costs. In order to improve the understanding of the unsteady physical phenomena in such plasma systems, a theoretical and experimental study is conducted under non reactive condition (nitrogen, syngas). Experimental study is based on high speed video camera (100 000 frames per second) and electrical signal analyses. Theoretical analysis is based on 3D unsteady Magneto-Hydro-Dynamic (MHD) model of the arc zone using CFD software Code_Saturne®, by a parametric study based on current, frequency and plasma gas flow rate influence. Two configurations: coplanar and parallel electrodes are studied. These studies highlight the influence of electromagnetic and hydrodynamic phenomena on the arc motion. In coplanar electrode configuration, electrode jets appear to be the dominant parameter on the arc motion, heat transfer and arc ignition. In the parallel electrodes configuration, the motion of the hot channel seems to be the key parameter. Comparison between MHD modeling and experimental results shows a fair correlation, both in accordance with the arc behavior and the electrical waveform
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Schonjahn, Cornelia. "Surface treatment in a cathodic arc plasma : key step for interface engineering." Thesis, Sheffield Hallam University, 2001. http://shura.shu.ac.uk/20336/.
Full textAbstract:
The effect of substrate surface treatment (substrate sputter cleaning) in a cathodic arc plasma prior to unbalanced magnetron deposition of transition metal nitride coatings on the performance of the coated components has been investigated. In particular the influence of parameters such as ion species, ion energy and exposure time on the changes in substrate surface topography, microstructure and micro-chemistry were studied employing transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray analysis, electron energy loss spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and optical microscopy. The consequences for both the microstructure of subsequently grown transition metal nitride coatings and their adhesion were elucidated. The relevance for practical applications was demonstrated using the example of dry high-speed milling tests, which showed that an appropriate choice of substrate surface pre-treatment parameters can double the life time of the coated tools. This was found to be due to an improved adhesion as a result of a combina-tion of reduced oxygen incorporation at the interface between coating and substrate and local epitaxial growth of the coating. The latter is promoted by certain sub-strate surface pre-treatment procedures, which provide clean surfaces with preserved crystallographic order.
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Troughton, Samuel Christopher. "Phenomena associated with individual discharges during plasma electrolytic oxidation." Thesis, University of Cambridge, 2019. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/288879.
Full textAbstract:
This work presents information obtained from high-speed video and electrical monitoring of electrical breakdown (discharge) events during plasma electrolytic oxidation (PEO) of aluminium alloy substrates. Discharges were found to occur in extended sequences termed "cascades" at particular locations. This was a feature common to all the substrates and processing frequencies investigated. As the coating thickness increases, the characteristics remained broadly similar, although discharges become more energetic and longer-lived. Short PEO treatments were applied to existing PEO coatings in order to investigate the microstructural effects of discharge cascades. It was found that cascades persist at particular locations due to the residual deep pore channel left by previous discharges in the cascade. Observations were made of the way the coating was restructured around a cascade location. Samples were illuminated with very high intensity flashes during PEO processing, revealing that relatively large (1 mm diameter) bubbles form where a discharge emerges from the surface of a coating. Analysis of the overall energy consumption, as well as the energetic processes occurring within an individual discharge, indicate that the bubble growth occurs due to rapid volatilisation of water originating from the electrolyte. It is postulated that the growth of this bubble causes the electrical resistance to rise and is responsible for the termination of the discharge current. Investigations of high frequency (2,500 Hz) processing lead to the discovery of discharges occurring during the cathodic half-cycle, after a certain coating thickness had been achieved. Cathodic discharges were more energetic than anodic discharges, and created large craters in the coatings. Gas evolution was found to exceed the electrochemical Faraday yield, and was similar at low and high frequency initially. Once cathodic discharges began, the gas evolution rate increased and the coating mass gain levelled off.
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George, Jonathan Alan. "Development of a Plasma Arc Manufacturing Process and Machine to Create Metal Oxide Particles in Water From Wire Feedstock." Diss., CLICK HERE for online access, 2010. http://contentdm.lib.byu.edu/ETD/image/etd3494.pdf.
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Mitiche, Moh Djerdjer. "Modelisation d'un arc de disjoncteur a sf : :(6) au passage a zero du courant." Toulouse 3, 1988. http://www.theses.fr/1988TOU30152.
Full textAbstract:
Etude d'un arc de disjoncteur a soufflage auto-genere au passage a zero du courant. Modelisation de la phase post-arc, basee sur les equations de conservation de la masse, quantite de mouvement axiale et de l'energie couplees a la loi d'ohm et a l'equation d'etat. Ce modele prevoit une superiorite du sf::(6) sur l'azote comme gaz d'interruption. Le modele permet d'interpreter l'apparition du palier de courant et expliquer la difference de comportement entre un disjoncteur a soufflage auto-genere et un disjoncteur a soufflage pneumatique
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Hermette, Loïc Deva. "Etude de l'impact des vapeurs métalliques et organiques sur les propriétés d'un arc de disjoncteur haute-tension." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30377/document.
Full textAbstract:
Les disjoncteurs haute-tension sont des dispositifs permettant d'établir, supporter et couper le courant, dans le but de protéger les installations du réseau électrique. L'efficacité de la coupure du courant s'obtient par l'ouverture des contacts du disjoncteur et par la création d'un arc électrique entre ces derniers afin de dissiper l'énergie stockée par le dispositif. Le plasma ainsi créé est partiellement constitué de vapeurs métalliques et organiques respectivement issues de l'érosion des contacts (Cu ou W dans notre cas) et de l'ablation des parois (PTFE). Une fois l'arc établi, un gaz froid (généralement du SF6) vient souffler l'arc pour le refroidir et faciliter son extinction. Durant ce processus de refroidissement, le plasma vient éroder des parois (buses à base de téflon, monomère de base C2F4) dont la géométrie augmente l'efficacité du soufflage. Nous sommes alors en présence d'un plasma thermique SF6-C2F4-Cu (ou SF6-C2F4-W) caractérisé par sa composition, sa température et sa pression. Pour caractériser ces transferts d'énergie dans le milieu ou de l'arc vers les matériaux (effets thermiques plutôt que chimiques), nous avons alors recours à la modélisation afin de réduire les essais expérimentaux qui s'avèrent très coûteux. Pour mieux maîtriser ces échanges et optimiser ces dispositifs, il est donc primordial de bien connaître les propriétés chimiques, radiatives, thermodynamiques et de transport du gaz qui varient rapidement avec la pression, la température et la nature (composition) du milieu. Cette thèse porte sur l'étude des propriétés radiatives et des propriétés transport d'un plasma de SF6 contaminé par des vapeurs organiques (C2F4) et métalliques (Cu ou W), dans le but d'améliorer les modèles numériques par la prise en considération de ces vapeurs dans le milieu. Actuellement, l'implémentation de telles données (pour des mélanges ternaires) dans les modèles s'avère très difficile et conduit à des temps de calcul extrêmement long. Afin de réduire ces temps de calcul nous avons réalisé une étude sur les lois de mélange, dans le but de reconstituer les propriétés radiatives et de transport pour tout type de mélanges ternaires SF6-C2F4-Cu et SF6-C2F4-WThe High Voltage Circuit Breaker (HVCB) represents one of the most important and complex components in the energy transmission, it must be there to isolate faulted section of a network, interrupt fault and abnormal currents: due to non-linear loads (for example arc furnace) or other load variation. Nowadays, to reduce the cost of HVCB development, the numerical model based on physical considerations is used for designing circuit-breakers. However, whatever the operating conditions, the arc does not establish in pure SF6, which is currently the dielectric gas used in the HVCB. In fact, during the interrupting phase the electrical arc is established between metallic electrodes (Cu) and quenched inside a nozzle composed by PTFE (C2F4), this electrical arc is an energetic environment which ablates the PTFE issue from wall and erodes copper issue from electrode. How it has been reported by several authors, the presence of organic and/or metallic vapours in the plasma modifies the properties of this one. Recent works have proved the impact of the PTFE vapour on the rise of pressure and the arc blown. Furthermore, the presence of metallic vapours has an important impact on the electrical conductivity and radiation emission. The calculation of the electrical arc properties composed by SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W has been performed for pressures up to 250 bars, temperatures between 300K and 30 000K and various mass concentrations with the assumption of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). The first part of this thesis give a presentation of the High-Voltage Circuit Breaker. The second part of this thesis is devoted to the calculation of the total atomic and molecular radiation. The third part is dedicated to the calculations of the transport, which have been calculated according to the Chapman-Enskog theory with the following approximations: third for electrical conductivity and for electron translational thermal conductivity, second for heavy species translational thermal conductivity, and first for reactional thermal and viscosity. Finally, we focus on the elaboration of mixing for our ternary mixture. Currently, calculating the plasma properties at each time and for all composition, pressure and temperature in a numerical model necessitate consequential calculation time. For these reasons, we have studied different mixing rules for the mixture SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W
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Maulat, Catherine. "Etude par spectroscopie d'emission et spectroscopie laser du fonctionnement et des echecs de coupure d'un arc tournant de disjoncteur moyenne tension." Orléans, 1987. http://www.theses.fr/1987ORLE2041.
Full textAbstract:
Etude de l'arc electrique d'un disjoncteur de moyenne tension (<30 kv) tournant par effet d'une force de laplace, par la mesure simultanee de parametres actifs agissant sur son comportement (courant, tension d'arc, champ magnetique, pression de gaz) et des parametres passifs resultants: vitesse de l'arc, densite electronique, temperature, concentration de diverses especes atomiques. Les methodes de spectroscopie d'emission et laser ont ete utilisees pour la mesure des parametres passifs
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LEVESQUE, PATRICK. "Etude des mecanismes physiques et des perturbations liees a l'attachement d'un arc electrique sur un cylindre conducteur." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066318.
Full text
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Kabbaj, Narjisse. "Etude du transfert radiatif d'un plasma thermique d'air : influence des propriétés radiatives dans la modélisation d'un arc libre." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30024.
Full textAbstract:
Dans la simulation des arcs électriques, une estimation de la contribution radiative est indispensable pour fournir une description satisfaisante du comportement thermique du plasma. La prédiction précise de la divergence du flux radiatif (DFR) est essentielle pour déterminer l'évolution de la température de l'arc. Afin de décrire avec précision les effets radiatifs, la résolution de l'équation de transfert radiatif (ETR) est nécessaire moyennant la connaissance du coefficient d'absorption du milieu. Malheureusement, ce coefficient étant dépendant de la température et de la longueur d'onde, cette équation s'avère complexe à résoudre et coûteuse en temps de calcul. De nombreuses méthodes approximatives sont ainsi développées pour simplifier le calcul des propriétés radiatives. Dans ce travail, nous décrivons finement le spectre d'un plasma d'air avec près de 7.106 points en fréquence (ou longueur d'onde). A partir de ce découpage, nous calculons la DFR, soit à partir de la méthode approchée du coefficient d'émission nette (CEN) basée sur une simplification géométrique du plasma, soit à partir de coefficients moyens d'absorption (CMA) obtenus après découpage du spectre en 6 intervalles spectraux utilisant différentes moyennes (Classique, Planck, Planck modifiée et Rosseland), soit à partir d'un calcul " exact " correspondant à la résolution directe de l'ETR. Les calculs sont réalisés pour 9 configurations simples en 1D simulant un plasma cylindrique dont la température ne varie qu'en fonction du rayon. Les différentes étapes de calcul y sont présentées mettant en évidence l'influence de certains paramètres comme la largeur et la température maximale du profil de température, la pression, les vapeurs de cuivre .... Une grande partie de ce travail porte sur la comparaison des résultats obtenus par le calcul " exact " avec ceux déduits des différentes méthodes approchées dans le but de valider leur utilisation ainsi que leur précision. Cette comparaison nous a permis de développer une méthodologie d'optimisation apportant des améliorations au calcul des méthodes approchées (CEN et CMA) permettant ainsi une meilleure description du rayonnement. Enfin, ce travail présente le développement d'un modèle d'arc libre 2D axisymétrique résolvant les équations de Navier-Stockes et de Maxwell par la méthode des volumes finis. Celui-ci permet une comparaison entre la méthode du CEN et la méthode P1 qui tient compte de l'absorption du rayonnement des zones froidesIn the simulation of electrical arc, the representation of radiative contribution is essential to provide a satisfactory description of the thermal behavior of the plasma. The accurate prediction of the radiative emission is essential to determine the evolution of the arc temperature. For a precise description of radiative effect, a resolution of the Radiative Transfer Equation (RTE) , is necessary necessary with knowledge of the absorption coefficient. Unfortunatly, the complexity of this coefficient - dependent on temperature and wavelenghth- makes this equation impossible to solve in term of computational cost. This is why many approximative methods are developed to simplify the calculation of the radiative properties. In this work, we have carried out a detailed description of the spectrum of an air plasma with about 7.106 points on frequency. From this description, we have calculated the divergence of the radiative flux either from the net emission coefficient (NEC) based on a geometric simplification of the plasma, or from the mean absorption coefficients (MAC) calculated after a division of the spectrum into 6 intervals in which we have used different mean functions (Classic, Planck, Planck Modified and Rosseland), or from an exact calculation corresponding to a direct solution of the RTE. This is why many approximative methods were developed to reduce numerical demands . The calculations have been done for 9 simplified configurations in 1D assuming a cylindrical plasma for which the temperature profile varies only with the radius. The different steps of the work are presented and highlight the influence of several parameters such as the temperature profile, the pressure, the copper vapors.... A great part of this work deals with the comparison between the results obtained from the exact resolution with the results deduced from the other approaches in order to validate the use and the accuracy of the different methods. This comparison allowed us to develop an optimization methodology providing improvements to the calculation of the approximate methods (NEC and MAC) allowing a better description of the radiative properties. Finally, this work presents the development of an axisymmetric 2D free-burning arc model solving the Navier-Stockes and Maxwell equations by the finite volume method. This model allows a comparison between the NEC method and the P1 method which takes into account the absorption of radiation in the cold areas
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El, Hamoui Mohamad A. "A Pipeline Analog-To-Digital Converter for a Plasma Impedance Probe." DigitalCommons@USU, 2009. https://digitalcommons.usu.edu/etd/287.
Full textAbstract:
Space instrumentation technology is an essential tool for rocket and satellite research, and is expected to become popular in commercial and military operations in fields such as radar, imaging, and communications. These instruments are traditionally implemented on printed circuit boards using discrete general-purpose Analog-to-Digital Converter (ADC) devices and other components. A large circuit board is not convenient for use in micro-satellite deployments, where the total payload volume is limited to roughly one cubic foot. Because micro-satellites represent a fast growing trend in satellite research and development, there is motivation to explore miniaturized custom application-specific integrated circuit (ASIC) designs to reduce the volume and power consumption occupied by instrument electronics. In this thesis, a model of a new Plasma Impedance Probe (PIP) architecture, which utilizes a custom-built ADC along with other analog and digital components, is proposed. The model can be fully integrated to produce a low-power, miniaturized impedance probe.
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Hleli, Ali. "Étude de la cinétique chimique et des propriétés radiatives d'un plasma d'arc dédié à la synthèse de nanoparticules de carbone." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30075.
Full textAbstract:
Le procédé de synthèse par arc électrique ou plasma quasi-thermique est l'un des plus usités pour la production de nanomatériaux. L'étude des phénomènes physico-chimiques sous-jacents peut être réalisée au moyen de modèles collisionnels-radiatifs, pour décrire plus finement la composition chimique en s'appuyant sur les lois de conservation du nombre de particules dans le plasma, et accéder ensuite aux propriétés thermiques. Ces modèles fournissent une description réaliste de la chimie induite par les arcs et permettent de prendre en compte les éventuels écarts à l'équilibre thermodynamique local. C'est dans ce contexte que se situe ce travail, relatif au développement des outils numériques multi-températures pour, prédire la composition chimique du mélange Ar-He-N2 en présence de carbone, nickel et yttrium provenant de l'ablation des électrodes, employé expérimentalement pour la synthèse de nanoparticules de carbone, et élaborer une base de données spectroscopiques permettant de décrire les phénomènes radiatifs dans des mélanges composés de l'azote et du carbone, notamment la détermination des spectres en émission des deux systèmes C2 Swan et CN Violet fréquemment observés et utiles pour la caractérisation et le diagnostic des arcs : détermination des températures de rotation et de vibrationThe electric arc process or the quasi-thermal plasma is one of the most used to produce nanomaterials. The study of the physicochemical phenomena underlaying arcs can be achieved by means of collisional-radiative models to thoroughly describe the chemical composition with the use of the particles number conservation law in the plasma. This method allows a straightforward calculation of thermal properties. These models provide a realistic description of the arc-induced chemistry and allow better understanding of the deviations from local thermodynamic equilibrium. It is in this context that the present work is clearly situated, relating to develop multi-temperature numerical tools able to predict, the chemical composition of Ar-He-N2 mixtures in the presence of carbon, nickel and yttrium removal from electrodes, experimentally used for carbon nanotubes synthesis, and determine the radiative proprieties such as the emission spectra of the C2 Swan and the CN Violet systems frequently observed in nitrogen and carbon containing mixtures and useful for arc characterization and diagnostics : the determination of the rotational and the vibrational temperatures
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Júnior, Adonias Ribeiro Franco. "Obtenção de revestimentos dúplex por nitretação a plasma e PVD-TiN em aços ferramenta AISI D2 e AISI H13." Universidade de São Paulo, 2003. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-02102003-114623/.
Full textAbstract:
No presente trabalho foi avaliado o efeito da microestrutura e da capacidade de suportar carregamento de camadas nitretadas produzidas em aços ferramenta AISI H13 e AISI D2 sobre a aderência e a resistência ao desgaste microabrasivo de revestimentos de TiN-PVD. Em cada um desses aços, foram produzidas camadas nitretadas de diferentes estruturas e espessuras, e foram determinadas experimentalmente as curvas potencial início de formação de camada branca, para a nitretação a 520oC. Para o aço ferramenta AISI H13, o emprego de tempos de pré-tratamento de nitretação mais prolongados ( aproximadamente 11 h) foi necessário para aprofundar a camada nitretada e, conseqüentemente, aumentar a capacidade de suportar carregamento dos revestimentos, evitando a formação de bordas que provocam o lascamento e a escamação das camadas de TiN. Observou-se que esse tipo de falha persiste se a zona de endurecimento for pouco profunda, uma vez que a transição de propriedades mecânicas da camada de TiN para o núcleo não nitretado continua abrupta e a capacidade de suportar carregamento da camada nitretada ainda é baixa. Por outro lado, curtos tempos de nitretação (aproximadamente 42 min.) foram suficientes para aumentar a aderência das camadas de TiN ao aço ferramenta D2, pois o núcleo não nitretado desse aço possui uma capacidade de suportar carregamento razoável. Observou-se que a resistência ao desgaste microabrasivo e a aderência dos revestimentos são prejudicadas com a presença de uma camada preta na interface camada de TiN/camada nitretada. Quando a superfície dos revestimentos é carregada, falhas do tipo casca de ovo facilmente ocorrem.In this work, the influence of both the microstructure and the load-bearing capacity of nitrided layers, formed on top of AISI D2 and AISI H13 tool steels, on adhesion and wear resistance of PVD-TiN coatings was studied. The threshold nitriding potential curves for the above mentioned steels and the optimum conditions of the pre-treatments which increased the adhesion as well as the wear resistance of the PVD-TiN were determined experimentally. By using longer nitriding times (about 11 h) and lower nitrogen contents in the gas mixture (about N2-5%vol.), it was possible to minimize the pile-up degree of the TiN/H13 nitrided substrates and, consequently, the occurrence of coatings chipping. This flaw persists when the nitrided layer is thin, due to an abrupt transition of mechanical properties at the TiN coating / steel core interface. Shorter nitriding times (about 42 min.) and lower nitrogen contents (about N2-5%vol.), on the other hand, are sufficient to guarantee a better adhesion of TiN coatings on AISI D2 tool steel, as the core of such steel possesses relatively better load-bearing capacity than the AISI H13 tool steel. The presence of a black layer at the TiN/nitrided layer interface was observed in all coatings deposited over nitrided layers produced above the threshold nitriding potential curves. This layer affects adversely the wear resistance and the adhesion of the TiN coatings. When higher loads are applied on the coated surface, egg shell type flaws easily occur.
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Roccapriore, Kevin M. "Nanophotonics of Plasmonic and Two-Dimensional Metamaterials." Thesis, University of North Texas, 2018. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1248498/.
Full textAbstract:
Various nanostructured materials display unique and interesting optical properties. Specific nanoscale objects discussed in an experimental perspective in this dissertation include optical metamaterials, surface plasmon sensors, and two-dimensional materials. These nanoscale objects were fabricated, investigated optically, and their applications are assessed. First, one-dimensional magnetic gratings were studied, followed by their two-dimensional analog, the so-called "fishnet." Both were fabricated, characterized, and their properties, such as waveguiding modes, are examined. Interestingly, these devices can exhibit optical magnetism and even negative refraction; however, their general characterization at oblique incidence is challenging due to diffraction. Here, a new method of optical characterization of metamaterials which takes into account diffraction is presented. Next, surface plasmon resonance (SPR) was experimentally used in two schemes, for the first time, to determine the transition layer characteristics between a metal and dielectric. The physics of interfaces, namely the singularity of electric permittivity and how it can be electrically shifted, becomes clearer owing to the extreme sensitivity of SPR detection mechanisms. Finally, ultra-thin two-dimensional semiconducting materials had their radiative lifetime analyzed. Their lifetimes are tuned both by number of atomic layers and applied voltage biasing across the surface, and the changes in lifetime are suspected to be due to quenching or enhancement of non-radiative process rates.
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(8114765), Yu Wang. "NUMERICAL MODELING OF THE METAL MELTING UTILIZING A DC ELECTRIC ARC PLASMA FOR ELECTRIC ARC FURNACE." Thesis, 2019.
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The electric arc furnace (EAF) is one of the most widely-used steelmaking process recycling the scrap as the raw material. Electric arc furnace steelmaking is a material-dependent and energy-consuming process. The electricity is utilized as the main heat source to melt the scrap by the electric arc discharging from the graphite electrodes. Since the plasma arc weld has the very similar heat transfer mechanism and melting phenomenon comparing with the scrap melting in EAF process, the model development for the free-burning arc, the arc-metal heat transfer, and the metal melting will refer to the research of plasma arc weld field and start with a relatively small scale. In this study, a comprehensive computational dynamics (CFD) model was developed to predict the heat transfer from the electric arc to the metal anode, which is composed of the DC electric arc model, solidification and melting model, and the arc-metal heat transfer model. The validation of the CFD models has been conducted utilizing the experimental data and simulation results in other literature. The commercial software, ANSYS FLUENT®, was employed with the User-Defined Function scripts and the User-Defined Scalar to model the magnetic field, comprehensive flow field, and high temperature field. Furthermore, the parametric studies for the process of the anode melted by the plasma arc were performed to investigate the effects of the arc current and the initial anode temperature on the anode melting. The results reveal that the value of the arc current has a positive correlation with the arc temperature and velocity but has negative correlation with the penetration time of the anode. Meanwhile, with the increase of anode initial temperature, the metal penetrate time will decrease.
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"ARC FLASH DETECTION THROUGH VOLTAGE/CURRENT SIGNATURES." Thesis, 2012. http://hdl.handle.net/10388/ETD-2012-08-643.
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Arc Flash events occur due to faults in electrical equipment combined with a significant release of energy across an electrical arc. Due to the large energy release, plasma is generated, pressures increase, and the plasma expands. Under these conditions the plasma becomes excited enough to liquefy metal causing physical damage to equipment and any humans in the vicinity.
This thesis investigates the state of art for detection of arc flash events and investigates a method of improving detection reliability, and speed by monitoring the high frequency voltage / current patterns utilizing methods similar to arc flash circuit interrupters (AFCI). A second alternative detection approach is determined through analysis of the physics of plasma development. The current state of art is based upon light detection. However this thesis experimentally investigates what happens before the arc event emits visible light.
The results show that current flows to ground during an arc event slightly prior to the production of light. Further it shows through analysis of the physics of plasma that a high speed plasma detector has the potential to identify an arc event before the presence of visible light. Through the design and construction of experimental test setups, and physics analysis, this thesis provides new paths for detecting arc events that present opportunities to improve detection time.
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Ekici, Özgür 1973. "Computational study of arc discharges : spark plug and railplug ignitors [sic]." 2007. http://hdl.handle.net/2152/11950.
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Li, Chen-Yang, and 李振陽. "Electrical and Optical Properties of ZnO：Ti Thin Films Prepared by Cathodic Arc Plasma Deposition System." Thesis, 2010. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/01414514063170480957.
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碩士國立屏東科技大學
機械工程系所
98
In the transparent conductive film, ZnO film has a significant priority to grow c-axis orientation and transparency, and a low resistivity and good light penetration, which is widely used in electric and acoustic sound and light components. In addition, zinc oxide thin films with surface texture or the surface defects for application the optical device (such as: solar cells) due to enhanced light trapping (enhanced light trapping). The resistivity ZnO thin film is generally high (about 1-100 Ω-cm), and the main origin of its conductive properties are contributed by oxygen vacancies, interstitial zinc atom and the doped ions. The nature of ZnO thin films are deeply affected by their preparation. In this thesis study, titanium doped zinc oxide (Ti-doped ZnO) film is deposited a lower pressure in the vacuum system by cathodic arc plasma. This study mainly explores the effect of doping ZnO thin films and optical properties into the target power, the working atmosphere and the film thickness for the titanium. In this experiment, titanium doped zinc oxide(Ti -doped ZnO) films to inspect its microstructure, electricity and optical properties. First, ZnO thin films deposited under different target power, the deposition pressure 2 × 10-3, the crystalline permutation more compact, and have lower resistivity value of 9.8 × 10-2Ω-cm. ZnO thin films in visible light area can get the penetration rate over 80%, while the energy gap and carrier concentration are related to initial absorption by absorption spectrum peak at about (380 nm) , and the energy gap range is about 3.10 eV. In order to improve the device efficiency, the more resistance to further reduce the Bank rate is a necessary road. Due to the small amount of doping other metal ions can effectively improve the electrical properties of zinc oxide, so the future by doping a small amount of titanium deposited Ti-doped ZnO thin film , when under the target power of 700 watts on the zinc (W) and titanium target power of 700 watts (W), the small amount of doping other metal ions had the lowest resitivity at 4.8 × 10-3 Ω-cm, and Ti -doped ZnO thin films can get the penetration rate of 80 % or more. At the same time, the energy gap width of the 3.10 eV was increased to 3.27 eV and followed with the carrier concentration increases, a small amount of titanium doped ZnO thin films did improve the conductivity properties. Therefore, this study will also explore target power, the working atmosphere and the film thickness of the Ti-doped ZnO thin film properties, in order to achieve better coating conductivity and optical properties.
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Huang, hun-Chih, and 黃俊智. "Electrical and Optical Properties of ZnO Thin Films Prepared by Cathodic Arc Plasma Deposition System." Thesis, 2010. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/53701837391666230427.
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碩士國立屏東科技大學
機械工程系所
98
Zinc oxide (ZnO) thin film is a new generation of transparent conducting oxide thin film, the materials of zinc are not virulence and it is abundant in the nature, and the materials of zinc will be to replace the indium tin oxide (ITO) thin film, many methods for preparation of the TCO thin film, among these methods, the cathodic arc technique is rare, which can create ions and it has the highly energy, and the cathodic arc technique has highly deposition rate, therefore, the cahtodic arc technique is a choice for process of low-temperature or cost-down, that is why, our study used cathodic arc technique prepared ZnO thin films on glass and PET substrates, respective, and investigate the optical and electrical properties of ZnO thin films with the function of the target power、oxygen and film thicknesses. In our study prepared ZnO thin films on glass and PET substrates, respective, and the all samples of ZnO thin films with marked (002) peak, and highly transmittance over 80 % in the visible wavelength, preparation of ZnO thin films on glas substrates with various target power, and the resistivity of ZnO thin films is 6~8×10-3 Ω-cm ,the improved of the crystal size with various target power is not obvious, the optical energy gap shift to direction of the long-wavelength. Preparation of ZnO thin films on glas substrates with various oxygen gas flow rate, and the carrier mobility is decreasing in the parameter, the resistivity is 4~7 ×10-3 Ω-cm ,and the all samples of ZnO thin films with marked (002) peak, the optical properties of ZnO thin films is not obvious change, and the optical energy gap is 3.3 eV. Preparation of ZnO thin films on glas substrates with various thin films thicknesses, the carrier concentration and the carrier mobility improved with increasing thicknesses, and the carrier concentration is 6.25×1019~2.4×1020 cm-3 and the carrier mobility is 12.5~15.5 cm2 /V-S, the resistivity is 6~8×10-3 Ω-cm , preparation of ZnO thin films on PET substrates with various thin films thicknesses, the resistivity decreased with increasing thickness, the resistivity is 1.97×10-2~5.27×10-3 Ω-cm and the optical energy gap is 3.29~3.24 eV.