Tesi: "Arcs Plasma"

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Graneau, P. Neal. "Ion dynamics of diffuse vacuum arcs". Thesis, University of Oxford, 1992. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.306534.

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Wendelstorf, Jens. "Ab initio modelling of thermal plasma gas discharges (electric arcs)". [S.l. : s.n.], 2000. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=961148527.

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Mollart, T. P. "Electron emission processes in cold cathode thermal arcs". Thesis, Durham University, 1993. http://etheses.dur.ac.uk/5546/.

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Abstract (sommario):

In this Thesis the processes of electron emission from cathode electrodes are studied theoretically, and the applicability of these mechanisms to the non refractory cathodes that can be used to sustain thermal arcs was examined. Apparatus that was used to generate and manipulate thermal arcs along rail electrodes is described in this thesis. Techniques for driving arcs over polished sample electrodes with magnetic or aerodynamic forces are outlined. Scanning electron microscopy was used to study emission site formation on highly polished electrodes with a natural 2.5 nm oxide layer. Theoretical maximum electron current densities that can be extracted by the arc were calculated and these were used, in conjunction with information from the experimental work, to make estimates of the lifetime of emission spots that are seen on the cathode electrodes of thermal arc devices. The lifetime was found to be dependent on the arc velocity over a range of velocity values from 3 to 80 ms(^-1). The lifetime measured ranged from 2.4 µs to 0.024 µs. Experiments on arcs driven at a constant velocity using a combination of aerodynamic and magnetic forces showed that the formation of emission spots was independent of die applied external magnetic field. The presence of artificially grown copper (11) oxide layers, 50 nm and 100 nm thick, were found to influence the lifetime. The effect of the oxide layer was predicted using a simple model accounting for the change of resistance that such an oxide layer would be expected to cause. Additional experiments showed that the resistance of the arc was independent of the oxide layer thickness, as predicted by the model.

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Abdo, Youssef. "Analyse du comportement et des caractéristiques des arcs thermiques soumis à des champs externes et internes". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM040.

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Abstract (sommario):

Cette thèse œuvre à la compréhension et l’analyse du comportement de l’arc plasma thermique et ses interactions avec les champs électriques et magnétiques auxquels il peut être soumis. Les différentes méthodes développées et les différents cas traités correspondent à des cas d’application directe des plasmas dans les procédés industriels. L’étude de la dynamique de l’arc ainsi que de ses différentes caractéristiques constitue la pierre angulaire de tout développement des technologies plasmas thermiques, qui s’avèrent très prometteuses avec la transition énergétique tant sur le plan écologique grâce à leur propreté et leur faible empreinte carbonique que sur le plan technologique grâce aux températures élevées et fortes densités énergétiques dont elles sont dotées.Nous proposons deux différentes approches principales dans cette thèse pour le traitement du modèle mathématique présenté au chapitre 2 : une approche analytique et une approche numérique. L’approche analytique englobe plusieurs méthodes de calcul qui sont relativement simples à implémenter et très précieuses dans la conception de base. Elles constituent une extension de quelques méthodes mathématiques qui ont été abordées par des chercheurs russes et américains dans les années 1960 et 1970 mais qui ont été ensuite abandonnées avec l’avènement de la micro-informatique.Une partie est consacrée à l’étude d’un arc AC ou DC à pieds fixes soumis à un champ transversal (magnétique externe, auto-induit et/ou un champ de vitesse). Les résultats de calcul analytique suggèrent que la stabilisation d’un tel type d’arc est dictée par sa courbure. Des critères de stabilité, mettant en avant des nombres adimensionnels furent établis. Les résultats obtenus sont confrontés à des résultats numériques. Un très bon accord est observé.Une autre partie est dédiée à l’étude d’un arc à pieds mobiles qui se déplace entre 2 rails parallèles ou 2 électrodes concentriques sous l’effet un magnétique transversal ou d’un champ magnétique induit par les électrodes. Les propriétés de ce mouvement dépendent du rayon de l’arc. Ce dernier est obtenu à partir de la résolution complète de l’équation de la chaleur en 2D. Les résultats sont validés par comparaison avec des résultats expérimentaux et numériquesLe calcul radiatif est également abordé dans cette thèse. Celui-ci, étant très compliqué à implémenter même au moyen d’un calcul numérique du fait de sa dépendance d’un nombre variables (fréquence du spectre, la température, la pression, la géométrie, la composition du mélange, etc.), est couramment approximé par la méthode de la sphère isotherme de rayon. En comparant des résultats obtenus par calcul exact et calcul approximatif pour un arc H2 à stabilisé par parois, un algorithme permettant de calculer le meilleur choix du paramètre est établi.La partie réservée à la modélisation numérique se propose de présenter les différentes méthodes numériques utilisées actuellement dans la modélisation de l’arc et des torches électriques. Elle fournit les bonnes conditions à prendre pour le potentiel vecteur pour un modèle numérique de transport (TADR). 2 méthodes hybrides volumes-finis et éléments-finis (VF-EF) sont proposés afin de mieux améliorer la modélisation des arcs. Les équations de l’écoulement sont résolues par la méthode VF (des approches classiques VF peuvent être implémentées). Les équations de l’électromagnétisme sont résolues par les méthodes EF.D’autres méthodes numériques utilisées afin de pouvoir mener le calcul pour des réacteurs à grande échelle sont aussi présentées. Une séparation entre les phénomènes physiques à grande et à petite échelles est adoptée. Les phénomènes électromagnétiques qui accompagnent l’arc sont modélisés analytiquement et insérés en tant que terme source. Seules les équations de l’écoulement sont résolues, afin d’obtenir les caractéristiques principales au sein du réacteur industriel (champ de vitesse, distribution de température, etc.)
This PhD thesis aims at understanding and analysing the behaviour of plasma arcs and their interactions with magnetic and dynamic field. The various methods that we have developed and the different case studies correspond to direct applications of thermal plasmas in industrial processes. The study of the arc’s dynamic and its characteristics is at the heart of every plasma technology upgrade or development. In the wake of the energy transition, plasma systems turn out to be very promising for many reasons, the most important of which are: They are ecological given the fact that make use of clean energy (electricity). Technologically, they allow for a tremendous rise in temperature that exceeds by far the temperature that can be reached in conventional combustion processes.We propose two different approaches to deal with the mathematical model that correspond to thermal plasmas: An analytical and a numerical approach. The analytical approaches encompass multiple computation methods that are relatively easy to implement and very practical for basic design. They constitute an extension of various analytical methods already broached in the 60’s and 70’s by American and Soviet researchers, but later abandoned in favor of numerical modelling with the advent of advanced computational machines.One section is dedicated to the study of a fixed spots AC or DC arc exposed to cross fields (magnetic or dynamic). Stability criteria employing dimensionless numbers have been established. At high currents, radiation also plays a key role in stabilisation. The analytical results are compared with the results of numerical simulations. A good agreement is observed.Another part deals with the study of a plasma arc, moving between 2 parallel electrodes under the effect of an external or electrode-induced magnetic field. The properties of the arc's dynamic strongly depend on the arc radius. The latter is obtained from an analytical 2D resolution of the heat equation. The results are validated by comparison with previous analytical and numerical works.The radiative exchange is also addressed in this thesis. Given the fact that radiation is hard to implement even in a numerical setting because of its dependence on numerous variables (specter frequency, temperature, pressure, geometry, gas mixture and species, etc.), the isothermal sphere approximate method is commonly used. An algorithm, whose aim is to seek the best value of “Rs”, is built based on a comparison between approximate and exact calculation for a wall stabilised arc of H2 at .The part concerning numerical modelling presents all the numerical approached that are currently used in thermal plasma modelling. It provides the good boundary conditions for the magnetic potential , if a transport model (TADR) is employed in a steady-state case or when the magneto-quasi static (MQS) assumption is made. Two hybrid finite-volume and finite-element (FV-FE) methods are proposed in order to improve the arc modelling, in particular for AC transient cases where the MQS fails to remain valid especially when electrodes are accounted for. Flow, energy and transport equation are solved using the FV approach whereas the electromagnetic equations are solved by means of the FE method. Comparisons with benchmark cases are done and a very good agreement is observed.Other numerical methods used for the numerical simulation of large scale industrial plasma reactors are also presented. A separation between the different physical phenomena occurring at small and large scales, is made. The electromagnetic phenomena are analytically modelled and averaged for an AC (mono, three or multi-phase) and are then inserted as source terms in source domains representing the arc region. As consequence, only the flow and energy equations are solved in order to obtain the most important characteristics in the reactor (velocity field, temperature distribution, etc.)

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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.

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Abstract (sommario):

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 travail
The 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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Sinton, Rowan Peter William. "Long Distance Exploding Wires". Thesis, University of Canterbury. Electrical and Computer Engineering, 2011. http://hdl.handle.net/10092/6586.

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Abstract (sommario):

Electrical arcs are usually created with the breakdown of air, requiring an average electric field (AEF) of at least 100 kV/m in long spark gaps. This thesis explores a novel method of creating long electrical arcs using exploding wires (EWs). Arcs up to 60 m long have been produced with AEFs of just 4.5 kV/m. Extensive observations of the EW process are presented, which demonstrate that the arcs, which are a type of ‘restrike', form via the seldom-reported ‘plasma bead' restrike mechanism. Beads of plasma appear to form at sites of wire fragmentation, and can expand and coalesce into a continuous plasma column. There are strict conditions under which the plasma beads, and hence restrike channels, are produced. A restrike prediction model has been developed to provide a reliable method of producing restrike. The model was derived from the improved understanding of the restrike mechanism, and uses the wire's length and the energy supply voltage and characteristics as inputs. Capability diagrams are then constructed, which allow researchers to easily design experiments that will produce restrike. Extensive descriptions are provided of the experimental environments that were designed and constructed to facilitate long distance EW experiments. Experiments have been performed inside a high voltage laboratory, in the laboratory's outdoor compound, off the laboratory's earth grid and completely off-site. The off-site location allowed vertical experiments, suspended by a weather balloon, to be performed. This led to a theory on artificially triggered lightning, which is one of many exciting future applications that are suggested. It is also predicted that other research groups will be able to create arcs of several hundred metres long.

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Giersch, Louis Roy Miller. "Experimental investigation of plasma sail propulsion concepts using cascaded arcs and rotating magnetic field current drive /". Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 2005. http://hdl.handle.net/1773/9958.

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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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Abstract (sommario):

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 électriques
Arc 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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Bilek, Marcela. "Plasma behaviour and properties in filtered cathodic vacuum arcs with application to the deposition of thin film silicon". Thesis, University of Cambridge, 1997. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.627143.

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RANAIVOSOLOARIMANANA, ALBERT. "Caracterisation electrique et energetique des arcs glissants. Quelques applications en plasma-chimie de composes azotes, carbones et soufres". Orléans, 1997. http://www.theses.fr/1997ORLE2057.

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Abstract (sommario):

Ce rapport est base sur l'etude de l'arc glissant appele aussi glidarc. C'est une decharge electrique soufflee par du gaz. Une premiere etape consiste a determiner les caracteristiques d'une decharge dans un gaz quasi-stagnant. Nous realisons cette caracterisation a partir des acquisitions de donnees numeriques des parametres electriques (courant-tension aux bornes des electrodes). L'observation d'une similitude entre les enregistrements effectues avec une decharge dans l'air quasi-stagnant et ceux avec un glidarc nous permet d'utiliser le meme modele electrique dans les deux cas. Des diagnostics spectroscopiques moleculaires nous indiquent les temperatures electronique, rotationnelle et vibrationnelle dans la decharge. Des diagnostics sur differentes regions nous fournissent des informations sur l'evolution de l'etat de la decharge. Au voisinage de la region d'amorcage, la decharge est en quasi-equilibre thermodynamique ; puis en s'evoluant elle se met en etat hors equilibre thermodynamique. Pour determiner l'efficacite du glidarc en plasma-chimie, nous effectuons des analyses par chromatographie en phase gazeuse des gaz a l'entree et a la sortie du reacteur. Quelques tests avec differents gaz ont ete menes. La faisabilite de la dissociation du co#2 en co et o#2, la conversion du n#2o en no#2, la destruction du h#2s ou du ch#3sh et l'enrichissement en h#2 du gaz naturel ou du methane ont ete etudies.

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Neumann, Patrick Reinhard Christian. "Centre-Triggered Pulsed Cathodic Arc Spacecraft Propulsion Systems". Thesis, The University of Sydney, 2015. http://hdl.handle.net/2123/13810.

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Abstract (sommario):

Satellites must carry some manner of propulsion system so that course correction or orbit stationkeeping manoeuvres can be carried out. Chemical thrusters have lower specific impulse than electric propulsion systems, and so focus has turned to using plasma and ion propulsion systems such as Hall Effect thrusters and gridded ion thrusters. Both of these systems use gaseous propellants and require a charge neutralisation system, both of which impose certain design compromises. This thesis explores the potential use of pulsed cathodic arcs as a spacecraft propulsion system, determining fuel specific impulse and jet power efficiency of a range of suitable materials over a range of arc currents and pulse durations. Comparisons between element classes are made, so as to identify candidate materials for various mission profiles. The results for magnesium in particular stand out as being comparable to several thruster technologies that are flight-rated.

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Reynolds, Quinn G. "Mathematical and Computational Modelling of the Dynamic Behaviour of Direct Current Plasma Arcs : Title Page, Abstract, Table of Contents". Doctoral thesis, University of Cape Town, 2009. http://hdl.handle.net/11427/4925.

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Resende, André Alves de. "Estudo de características operacionais do processo Plasma-MIG com arcos concêntricos". Universidade Federal de Uberlândia, 2013. https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14737.

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Abstract (sommario):

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais
In recent years, the demand of the productive sector for more efficient processes has encouraged the research and development of products and processes to increase the production at a competitive cost. In this sense, the \"Plasma-MIG\" with Concentric Arcs process, being an evolution of the conventional MIG/MAG process, has emerged as a promising option. This process has been available to the market since the 70s. However, it is still necessary to consolidate a scientific and technological basis of that process. Only then the market will decide if it is applicable, either to replace or become an option instead of the other processes. Thus, the challenge is to collaborate with both the scientific and the production what actually is the overall goal of this work, that is to provide fundamental knowledge about functioning principles and operating parameters of the \"Plasma-MIG\" with Concentric Arcs. The influence of the gas flow, especially of the intermediate one on the weld bead surface appearance, the effect of external arc on the globular-spray transition current and on the axial spray-rotational transition current, as well as on the droplet kinematic parameters and the relation between the outer arc current/torch working angle/torch-piece distance and the weld geometry have been studied experimentally. The results showed that the intermediate arc gas flow rate was the very one which determined weld appearance. The globular-spray transition current rose and the axial spray-rotational transition current became lower in the presence of the outer arc. The presence of the outer arc also raised the momentum of the drops hitting the weld pool. The presence of current in the outer arc at low values reduces penetration and correlated parameters (either directly or inversely proportional), but causes their growing again when being increased. The bead geometry follows the similar behavior of the conventional MIG/MAG as regards to the torch working angle and the torch-piece distance, though being more intensified when using the outer arc. In conclusion, it is possible to say that the knowledge on the operational characteristics of the \"Plasma-MUG\" with Concentric Arcs welding process obtained in this work may serve as a basis for the perception of this process application potential.
Nos últimos anos, a demanda do setor produtivo por processos mais eficientes tem incentivado a pesquisa e o desenvolvimento de produtos e processos que permitam o aumento da produção a um custo compatível. Neste sentido, o processo de soldagem \"Plasma-MIG\" com Arcos Concêntricos, uma evolução do processo MIG/MAG convencional, tem surgido como uma opção promissora. Esse processo está à disposição do mercado desde a década de 70, no entanto, ainda é necessário consolidar uma base cientifica e tecnológica a respeito desse processo. Somente assim o mercado poderá decidir se o mesmo é aplicável, seja para substituir ou se tornar mais uma opção frente a outros processos. Desta forma, é no desafio de colaborar tanto com o meio cientifico como o produtivo que se enquadra o objetivo global deste trabalho, o qual é o de fornecer conhecimentos fundamentais sobre aspectos de funcionamento e parâmetros operacionais do processo \"Plasma-MIG\" com Arcos Concêntricos. Foram estudados experimentalmente a influência das vazões dos gases, principalmente o intermediário, sobre o aspecto superficial do cordão de solda, o efeito do arco externo sobre as correntes de transição globulargoticular e goticular axial-rotacional e sobre os parâmetros cinemáticos das gotas e a relação entre corrente do arco externo/ângulo de inclinação da tocha/distância da tocha a peça e a geometria do cordão. Os resultados apontam que a vazão governante sobre o acabamento do cordão é a do gás intermediário. A corrente de transição globular-goticular elevou-se e a goticular axial-rotacional ficou menor na presença do arco externo. A presença do arco externo também fez elevar o momentum das gotas atingindo a poça. A presença da corrente no arco externo em valores baixos reduz a penetração e parâmetros correlacionados (de forma direta ou inversamente proporcional), mas faz novamente crescêla ao ser aumentada. A geometria do cordão segue o comportamento similar ao do processo MIG/MAG convencional quanto ao ângulo de inclinação e distância da tocha à peça, mais intensificado quando se usa arco externo. Ao final, pode-se dizer que os conhecimentos gerados no presente trabalho sobre as características operacionais do processo \"Plasma- MIG\" com Arcos Concêntricos formam uma base para conceber a potencialidade aplicativa do processo.
Doutor em Engenharia Mecânica

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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". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00957380.

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Abstract (sommario):

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 électriques.

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Laveissière, Marie. "Elaboration et caractérisations de revêtements élaborés par oxydation micro-arcs sur alliage de titane TA6V". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30351.

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Abstract (sommario):

Les traitements de surface sont souvent nécessaires pour améliorer les performances des matériaux métalliques et élargir les spectres de leurs applications. L'alliage de titane TA6V (ou grade 5) est ainsi utilisé dans de nombreux domaines (du biomédical à l'aéronautique) car il est léger et possède de bonnes propriétés en anticorrosion et de résistance à la température. Cependant, son comportement tribologique est en fait médiocre et doit donc être amélioré à l'aide d'un revêtement. L'objectif de ces travaux a été d'élaborer par Oxydation Micro-Arcs (OMA), des revêtements sur substrat TA6V, afin d'en améliorer les propriétés tribologiques. L'OMA est un procédé d'oxydation électrochimique innovant et récent, pour lequel restent à clarifier les mécanismes de croissance des revêtements et l'influence exacte de certains paramètres opératoires, en particulier la composition de l'électrolyte ou le signal électrique imposé. L'étude systématique de différents électrolytes a tout d'abord permis d'élaborer des revêtements adhérents, avec des épaisseurs comprises entre 5 et 60 µm. Ces revêtements résultent de la conversion électrochimique du substrat et de l'incorporation d'espèces depuis l'électrolyte. Ils sont composés d'une phase amorphe, dont la proportion dépend directement de la quantité de silicates dans le bain, et de phases cristallisées formées suite à l'élévation importante de la température surfacique lors du traitement. La compréhension des corrélations entre électrolyte et revêtement a notamment permis de limiter la formation de la phase amorphe molle et de favoriser celle de structures cristallines dures, menant au final à un électrolyte optimisé. L'étude des paramètres électriques, tels que la fréquence ou le temps de traitement, a mis en évidence par ailleurs leur influence importante sur la composition et la morphologie des revêtements. La modification du rapport cyclique a ainsi permis de modifier la composition chimique du revêtement, en favorisant la formation d'alumine cristallisée au sein de celui-ci. Enfin, ces revêtements ont été caractérisés du point de vue mécanique. La présence de phases cristallisées dans le revêtement a permis d'en augmenter la dureté, en comparaison du substrat de TA6V. Toutefois, à cause de la rugosité élevée des revêtements élaborés par OMA, il est apparu indispensable d'effectuer un post-traitement de polissage mécanique pour réduire le coefficient de frottement et le volume de matière usée. Au final, la compréhension des corrélations entre paramètres opératoires et propriétés du revêtement a permis d'élaborer avec succès un revêtement aux propriétés tribologiques très prometteuses, c.-à-d. un coefficient de frottement inférieur à 0,3 et un volume usé inférieur à 0,01 mm3 après 100 000 cycles, démontrant une amélioration significative des propriétés mécaniques surfaciques du substrat TA6V
Surface treatments are often needed for metallic materials in order to improve their performances and broaden their scope of applications. TA6V (or grade 5) titanium alloy is used in many fields (going from biomedical to aeronautical parts) because it is light and possesses good anticorrosion and thermal properties. Nevertheless its tribological behavior needs substantial improvements that a coating may provide. The aim of this work was to prepare, using Plasma Electrolytic Oxidation (PEO), coatings on TA6V in order to improve its tribological properties. PEO is a recent and innovative electrochemical oxidation process for which growth mechanisms and accurate influence of operating parameters such as electrolyte composition or applied electrical signal, still need clarification. Systematic study of several electrolytes led to the preparation of adherent coatings with thicknesses between 5 and 60 µm. These coatings result from both electrochemical conversion of the substrate and incorporation of compounds from the electrolyte. They are composed of an amorphous phase, its proportion depending directly on the silicates quantity in the bath, and crystalline phases formed after the important rise of surface temperature during treatment. The understanding of correlations between electrolyte and coatings have limited the formation of the soft amorphous phase and favored hard crystalline structures, leading to an optimized electrolyte. The study of electrical parameters, such as frequency or treatment time, highlighted their strong influence on the coatings composition and morphology. The duty cycle influenced the chemical composition of the coatings, promoting the formation of crystalline alumina. Finally coatings prepared with PEO were mechanically tested. The presence of crystalline phases allowed the increase of the coatings Vickers hardness compared to the bare TA6V. Nevertheless, due to the PEO coatings roughness, a step of mechanical polishing post-treatment appeared necessary in order to reduce the friction coefficient and wear loss. Finally, the understanding of correlations between process parameters and coatings properties, has successfully led to the preparation of a coating with promising tribological properties, namely a friction coefficient below 0.3 and a wear loss inferior to 0.01 mm3 after 100,000 cycles, demonstrating a significant improvement in surface mechanical properties of the TA6V substrate

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Chouchene, Sarah. "Applications de l’intelligence artificielle à l'étude de la turbulence plasma en fusion nucléaire et aux plasmas d’arc en régime DC". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0265.

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Abstract (sommario):

Le travail présenté dans ce mémoire a pour but d'explorer l'apport potentiel de méthodes d'analyse d'images par intelligence artificielle (IA) pour l'analyse de vidéos issues de différentes recherches en plasmas. Deux domaines sont étudiés : la turbulence dans des plasmas de fusion nucléaire, et la dynamique d'arcs dipolaires en régime continu haute tension (HTDC).Cette thèse explore principalement l'application de l'IA pour détecter et suivre les structures turbulentes macroscopiques visibles sous la forme de filaments de plasma dans le bord des réacteurs à fusion. Pour cela, des modèles d'IA sont appliqués à des données d'imagerie issues du tokamak COMPASS et capturées par une caméra ultra-rapide filmant jusqu'à un 1 million d'images par seconde afin de résoudre la dynamique des filaments. Différents modèles d'apprentissage supervisé sont employés, après entraînement sur des ensembles de données étiquetées pour améliorer la précision de la détection, dans le but d'étudier le mouvement des filaments de plasma et leurs interactions mutuelles. Les méthodes présentées dans ce mémoire permettent d'atteindre une précision de détection de 99 %, et de reconnaître automatiquement différents types d'interactions mutuelles conduisant à des processus de coalescence, d'éclatement, ou de modification de trajectoires des filaments. Des comparaisons réalisées avec des méthodes d'analyse conventionnelles, telles que la détection par segmentation et le suivi avec un filtre de Kalman, démontrent que les méthodes d'IA testées offrent des gains substantiels en termes de précision et de vitesse d'analyse, tout en réduisant les biais liés à l'utilisateur.Dans le domaine des arcs dipolaires, une technique d'apprentissage non supervisé est utilisée afin de détecter des bulles de métal liquide se formant à la surface des électrodes, en régime HTDC. Les modèles non supervisés, plus légers et fonctionnant sans données étiquetées, sont efficaces pour identifier des événements pouvant être apparentés à des anomalies. Les résultats présentés dans ce mémoire contribuent à une meilleure compréhension du bruit d'arc, et ouvrent la voie à une analyse en temps réel des données pour la mise en place de systèmes de protection.Ces recherches démontrent la pertinence de développer davantage les méthodes d'IA pour faire progresser notre compréhension de la dynamique complexe des plasma de fusion nucléaire, et de celles des plasmas d'arc. En réduisant ou en supprimant les biais d'analyse liés à l'intervention humaine, ces méthodes peuvent également contribuer à améliorer les comparaisons entre des données issues de différentes expériences ou simulations. Les gains en vitesse d'analyse ne sont pas toujours très significatifs, mais des marges d'optimisation existent qui ouvrent des perspectives intéressantes pour améliorer le contrôle des plasmas, qu'ils soient froids ou de fusion nucléaire
The aim of the work presented in this thesis is to explore the potential contribution of artificial intelligence (AI) image analysis methods to the analysis of videos from various plasma research domains. Two areas are studied: turbulence in nuclear fusion plasmas, and the dynamics of dipolar arcs in the high-voltage DC regime.This thesis mainly explores the application of AI to detect and track macroscopic turbulent structures visible in the form of plasma filaments at the edge of fusion reactors. To this end, AI models are applied to imaging data from the COMPASS tokamak captured by an ultra-fast camera filming up to 1 million frames per second in order to resolve the dynamics of the filaments. Different supervised learning models are employed, after training on labelled datasets to improve detection accuracy, to study the motion of plasma filaments and their interactions with each other. The methods presented in this thesis achieve a detection accuracy of 99 %, and automatically recognise different types of mutual interactions leading to coalescence, splitting or changes in filament trajectories. Comparisons with conventional analysis methods such as detection by segmentation and Kalman filter tracking show that the AI methods tested offer substantial gains in terms of accuracy and analysis speed, while reducing user bias.In the field of dipolar arcs, an unsupervised learning technique is used to detect bubbles of liquid metal forming on the surface of electrodes under high-voltage direct current (HVDC) conditions. The unsupervised models, which are lighter and operate without labelled data, are effective in identifying events that could be similar to anomalies. The results obtained contribute to a better understanding of arc noise, and pave the way for real-time data analysis for the implementation of protection systems.This research demonstrates the relevance of further developing AI methods to advance our understanding of the complex dynamics of nuclear fusion plasmas and arc plasmas. By reducing or eliminating analysis biases linked to human intervention, these methods can also help to improve comparisons between data from different experiments or simulations. The gains in analysis speed are not always very significant, but there are margins for optimisation that open up interesting prospects for improving the control of plasmas, whether cold or nuclear fusion

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Mecuson, Jaspard Flore. "Oxydation des alliages d'aluminium aéronautiques par plasma électrolytique : caractérisation optique du procédé et étude des cinétiques de croissance des couches". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_MECUSON_F.pdf.

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Abstract (sommario):

L'oxydation par plasma électrolytique (PEO) ou oxydation micro-arcs (OMA) est un procédé propre permettant d'élaborer en une seule étape des couches d'oxyde d'aluminium épaisses et mécaniquement très intéressantes sur alliage d'aluminium. La caractérisation optique des décharges, (caméra vidéo rapide et spectroscopie d'émission optique), permet de mettre en évidence deux types de traitement, selon la forme du courant et en particulier du rapport des quantités de charges positives et négatives imposées au système. Les caractéristiques (morphologie, épaisseur, résistancece à la corrosion) et les cinétiques de croissance des couches élaborées sont étudiées et des mécanismes de croissance des différentes sous-couches sont proposées pour chaque type de traitement. A partir de mesures électriques, la modélisation électrique du système électrolyte/couche d'oxyde/substrat est abordée. Des critères permettant de réaliser des couches présentant les propriétés requises sont déduits de ces études
Plasma electrolytic oxidation (PEO) or micro-arc oxidation (MAO) is a process through which aluminium oxide layer may be grown onto aluminium substrate. Optical characterization of discharges is carried out using fast video imaging and optical emission spectroscopy, allowing us to distinguish between two different kinds of treatment, depending on the current waveform zand especially on the ratio of positive to negative charge quantity applied to the systeme. The characteristics (morphology, thickness, corrosion resistance) and growth kinetics of the coatings are studied. Growth mechanisms for the different sublayers are proposed for each type of treatment. Electric measurements are carried out allowing us to propose an electric modelling of the system. From these studies, criteria are established that enable coatings with the required properties (in terms of thickness and corrosion resistance) to be grown

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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.

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Abstract (sommario):

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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Kühn-Kauffeldt, Marina [Verfasser], Jochen [Akademischer Betreuer] Schein e Gianluca [Akademischer Betreuer] Gregori. "Plasma spectroscopy for stationary and transient welding arcs containing metal-gas mixtures / Marina Kühn-Kauffeldt. Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Betreuer: Jochen Schein. Gutachter: Jochen Schein ; Gianluca Gregori". Neubiberg : Universitätsbibliothek der Universität der Bundeswehr München, 2016. http://d-nb.info/1096241676/34.

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Kühn-Kauffeldt, Marina [Verfasser], Jochen Akademischer Betreuer] Schein e Gianluca [Akademischer Betreuer] [Gregori. "Plasma spectroscopy for stationary and transient welding arcs containing metal-gas mixtures / Marina Kühn-Kauffeldt. Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Betreuer: Jochen Schein. Gutachter: Jochen Schein ; Gianluca Gregori". Neubiberg : Universitätsbibliothek der Universität der Bundeswehr München, 2016. http://d-nb.info/1096241676/34.

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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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Abstract (sommario):

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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Wani, Nitin Yashwant. "Simulation of thermal stresses in vacuum arc remelting process". Ohio : Ohio University, 1995. http://www.ohiolink.edu/etd/view.cgi?ohiou1178820121.

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Mallon, Michael [Verfasser], Jochen [Akademischer Betreuer] Schein, Jochen Gutachter] Schein, Gianluca [Gutachter] [Gregori e Claus [Gutachter] Hillermeier. "Time efficient radiation model for plasma spectroscopy and model based control of transient thermal arcs / Michael Mallon ; Gutachter: Jochen Schein, Gianluca Gregori, Claus Hillermeier ; Akademischer Betreuer: Jochen Schein ; Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik". Neubiberg : Universitätsbibliothek der Universität der Bundeswehr München, 2020. http://d-nb.info/1220094803/34.

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Mallon, Michael [Verfasser], Jochen [Akademischer Betreuer] Schein, Jochen [Gutachter] Schein, Gianluca [Gutachter] Gregori e Claus [Gutachter] Hillermeier. "Time efficient radiation model for plasma spectroscopy and model based control of transient thermal arcs / Michael Mallon ; Gutachter: Jochen Schein, Gianluca Gregori, Claus Hillermeier ; Akademischer Betreuer: Jochen Schein ; Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik". Neubiberg : Universitätsbibliothek der Universität der Bundeswehr München, 2020. http://d-nb.info/1220094803/34.

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Bubliyeuski, Dzmitry Alexandrovich. "Estudo da interação de arcos elétricos com catodo frio de cobre para ar e nitrogênio utilizando a técnica de diagnóstico termo-espectroscópica". [s.n.], 2008. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/277392.

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Abstract (sommario):

Orientador: Aruy Marotta
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-08-10T20:43:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bubliyeuski_DzmitryAlexandrovich_D.pdf: 2691341 bytes, checksum: 7b8e0d82f84d333a723eb14e64832cf3 (MD5) Previous issue date: 2008
Resumo: Uma nova técnica de diagnóstico, denominada termo-espectroscópica, foi introduzida neste trabalho para estudo da interação do arco elétrico com o catodo frio de cobre numa instalação coaxial magnética, com catodo não-refrigerado, operando em gases plasmagênicos ar e nitrogênio. A técnica foi aplicada ao estudo da velocidade de rotação da mancha do arco e da densidade efetiva de corrente na mancha. Estes parâmetros têm estreita relação com o fenômeno da erosão de eletrodos frios. A nova técnica combina a técnica óptico-espectroscópica e a técnica térmica, e se baseia na teoria térmica da erosão. Por espectroscopia, registra-se a evolução temporal da intensidade da linha de emissão do vapor de cobre. Pelo método térmico, registra-se a evolução da temperatura da superfície do eletrodo. A técnica permite um grande aumento na sensibilidade de detecção do ponto de transição do regime de micro para macroerosão, através da observação do abrupto aumento da intensidade da linha espectral do cobre. Observamos que para o regime de microerosão, a velocidade é sempre maior, e a dispersão da velocidade sempre menor que na macroerosão. Esse fato confirma a existência de uma força de arraste superficial ao movimento do arco, que pode ser proporcionada pela fusão do eletrodo, por jatos catódicos e/ou por óxidos na superfície do eletrodo. A densidade de corrente na mancha apresenta um grande crescimento para valores baixos do campo magnético e certa saturação para altos valores. Para o ar foi observada uma forte influência dos óxidos na mobilidade da mancha, que é significativamente maior do que com nitrogênio. A diferença entre medidas obtidas no ar e nitrogênio é atribuída ao processo de decomposição de óxidos na superfície, que afeta a determinação correta do ponto de transição. O estudo experimental realizado nesta tese permite uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem em manchas de arcos elétricos de eletrodos frios
Abstract: In the present work a new diagnostic technique, named thermo-spectroscopic one, was introduced for study of the interaction of the electric arc with a cold copper electrode using the coaxial magnetic installation with non-refrigerated cathode operated in air and nitrogen. The technique was applied to the measurement of the arc spot rotation velocity and the effective spot current density. These parameters have a direct relation with the phenomenon of the cold electrode erosion. The new technique combines the optic-spectroscopic method and the thermal method, and is based on the erosion thermophysical theory. Using spectroscopy, the temporal evolution of the intensity of the copper vapor emission line was registered. Via the thermal method, the evolution of the electrode surface temperature was recorded. By the observation of the abrupt increase of the copper spectral line intensity, the new technique permits a significative increase in the sensibility of the detection of the transition from the microerosion process to the macroerosion one. It was observed that the arc velocity for the microerosion regime is always higher and the velocity dispersion is always lesser then the ones for the macroerosion regime. This fact confirms the existence of the surface drag force to the arc movement, which can be provided by the electrode fusion process, by cathode jets and/or by oxides formed on the electrode surface. The arc spot current density presents a high growth for the low values of the magnetic field and certain saturation for the high values ones. For the air, a strong influence of oxides on the spot mobility was observed, that is more significant then the one for the nitrogen. The difference between the measurements for the air and the nitrogen is attributed to the oxide decomposition process on the electrode surface that affects the correct transition point determination. The experimental study, carried out in this thesis, allows a better understanding of the phenomenon taking place in cold electrode arc spots
Doutorado
Física de Plasmas e Descargas Elétricas
Doutor em Ciências

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Tezenas, du Montcel Benoît. "Étude expérimentale et modélisation d’un plasma de vapeurs métalliques dans une ampoule à vide pour le développement de disjoncteurs Haute-Tension". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0110.

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Abstract (sommario):

Dans le cadre d’un projet étudiant la possibilité de remplacer le SF6 par du vide comme milieu de coupure dans les disjoncteurs Haute-Tension, un travail ayant pour objet d’acquérir une meilleure compréhension du comportement d’un arc de vapeurs métalliques à grandes distances inter-électrodes (> 10 mm) et contrôlé par un champ magnétique axial (AMF) a été entrepris. Ce travail a premièrement donné lieu à l’élaboration d’une expérience au cours de laquelle des arcs, créés entre deux contacts en CuCr25 fixes, ont été visualisés par vidéo rapide dans une maquette démontable d’ampoule à vide. Différents types de régime d’arc ont été observés. En outre, à l’aide d’une méthode numérique de détection des spots cathodiques, nous avons pu étudier l’évolution de la distribution spatiale des spots cathodiques, mesurer l’intensité moyenne du courant porté par un spot et déterminer le profil radial moyen de la densité de courant cathodique. Cette thèse a aussi eu pour objet le développement d’un modèle magnétohydrodynamique à 2 fluides, 2D-axysimétrique et quasi-stationnaire, de la zone d’écoulement hydrodynamique de l’arc, permettant de traiter le cas des régimes d’arc diffus supersonique et diffus subsonique. Ce modèle a permis d’étudier le comportement du plasma d’arc en fonction des intensités du courant d’arc et de l’AMF et de la distance inter-électrodes
In the frame of a project investigating the possibility to replace SF6 by vacuum as a breaking medium in High-Voltage circuit breakers, a study that focusses on acquiring a better understanding of the behavior of a metal vapor arc at long contact gap (> 10 mm) and controlled by an axial magnetic field (AMF) has been undertaken. The study involves first the building of an experimental setup where arcs, created between two fixed CuCr25 contacts, were visualized using a high-speed camera in a vacuum demountable chamber. Various types of arc regime have been observed. Moreover, by means of a numerical method of detection of the cathode spots, we were able to study the evolution of the spatial distribution of the cathode spots, to measure the average current carried by a spot and to determine the average radial profile of the current density at the cathode surface. This study had also for object the development of a 2D-axisymetric and quasi-steady magnetohydrodynamic model of the hydrodynamic flow region of the arc based on a two-fluid approach. The model allows to simulate the supersonic and the subsonic diffuse arc regimes. It is used to study the arc behavior as a function of to the arc current, the AMF intensity and the contact gap

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Sedghinasab, Ahad. "Experimental deterimination of argon atomic transition probabilities using non-LTE diagnostics". Diss., Georgia Institute of Technology, 1987. http://hdl.handle.net/1853/17969.

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Cunha, Mário Dionísio. "Modelação da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários". Doctoral thesis, Universidade da Madeira, 2004. http://hdl.handle.net/10400.13/217.

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Abstract (sommario):

Nesta dissertação apresento um estudo detalhado de vários aspectos da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários. Um modelo da camada de plasma junto ao cátodo num plasma sujeito a uma pressão da ordem de uma ou várias atmosferas é reconsiderado com base em recentes resultados teóricos. A física da camada de plasma junto ao cátodo é analisada para valores da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo até 50V, de acordo com recentes resultados experimentais que mostram que a queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo numa descarga de arco de alta pressão pode atingir valores tão elevados. São identificados os mecanismos que originam a não monotonia da dependência da densidade de fluxo de energia (proveniente do plasma para a superfície do cátodo) em relação à temperatura da superfície do cátodo, para um valor fixo da queda de tensão junto ao cátodo. Uma descrição fechada da interacção plasma-cátodo é obtida por meio da resolução numérica do problema não linear com condições de fronteira para a distribuição da temperatura no interior do corpo do cátodo. São apresentados resultados da modelação numérica da descarga difusa nas condições de funcionamento de uma lâmpada de descarga experimental, sendo bom o acordo entre os resultados numéricos e os dados experimentais. Manchas solitárias num cátodo plano infinito e modos difuso e mancha axialmente simétricos em cátodos finitos de descargas de arco de alta pressão são estudados num grande intervalo de corrente. São analisados aspectos gerais e apresentados resultados numéricos referentes a cátodos de tungsténio planos e de forma cilíndrica a operar num plasma de argon à pressão atmosférica para correntes de arco até 100 kA. Émostrado, em particular, que a temperatura da superfície do cátodo no interior de uma mancha solitária varia relativamente pouco, podendo ser estimada com uma precisão de cerca de 200 − 300K sem ser necesário resolver a equação da condução térmica no corpo do cátodo. O comportamento assimptótico das soluções para um cátodo finito no caso limite de altas correntes é encontrado e confirmado pelos resultados numéricos. É confirmado um padrão geral das características tensão-corrente de vários modos de transferência de corrente em cátodos finitos sugerido previamente com base numa análise de bifurcações. É estudada a transição de modos mancha num cátodo finito no limite de cátodos de grandes dimensões para o modo mancha solitária num cátodo plano infinito. É estabelecido que o modo mancha solitária representa uma forma limite do modo mancha de alta tensão num cátodo finito. É considerada a questão da distinção entre modo difuso e modo mancha num cátodo finito. É desenvolvida uma abordagem para o cálculo de pontos de bifurcação nos quais soluções mancha tridimensionais bifurcam-se a partir de soluções que descrevem o modo difuso e modos mancha axialmente simétricos. Em particular, é calculado o primeiro ponto de bifurcação posicionado na solução que descreve o modo difuso e, por conseguinte, o seu limite de estabilidade, isto é, a corrente abaixo da qual o modo difuso torna-se instável. São apresentados os resultados da modelação numérica efectuada para o caso de um cátodo de tungsténio de forma cilíndrica a operar num plasma de alta pressão. É estudado o efeito produzido no limite de estabilidade pelas variações dos parâmetros de controle (dimensões do cátodo, função de trabalho do material do cátodo, tipo e pressão do gás que produz o plasma). Foi encontrado que o comportamento do limite de estabilidade sujeito a estas variações está em conformidade com as tendências observadas experimentalmente. Foi encontrado que o limite de estabilidade é muito mais sensível às variações dos parâmetros de controle do que as características tensão-corrente do modo difuso, sendo o efeito mais forte produzido pelas variações das dimensões do cátodo e da função de trabalho do material do cátodo. Este resultado está em conformidade com o facto experimental de que a transição difuso-mancha é de difícil reprodução.
Mikhail Benilov

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Brunetti, Cristiano. "Intermetálicos NiAl processados In-Situ por plasma arco transferido". reponame:Repositório Institucional da UFPR, 2013. http://hdl.handle.net/1884/29346.

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Abstract (sommario):

Resumo: Neste trabalho estudou-se a produção in-situ de intermetálicos do sistema Ni-Al através da deposição de pós elementares de níquel e de alumínio utilizando a técnica plasma a arco transferido (PTA). O objetivo do trabalho foi determinar o efeito da mistura dos elementos presentes no material do substrato no desenvolvimento e no comportamento mecânico e tribológico dos revestimentos formados. Para tanto, as misturas de pós foram depositadas sobre substratos de aço AISI 1020 e substratos de aço AISI 304. Com intuito de produzir diferentes níveis de diluição com o material do substrato, diferentes intensidades de corrente foram utilizadas (70-120A). As deposições foram efetuadas na forma de cordões lineares, os quais foram utilizados para a caracterização das propriedades mecânicas. Também foram produzidos cordões circulares, que foram utilizados em ensaios de deslizamento a seco realizados nas temperaturas de 25ºC e 710ºC. Verificou-se que para ambas as geometrias de revestimento houve a síntese dos compostos intermetálicos NiAl-Fe e NiAl-Fe-Cr nos substratos de aço AISI 1020 e de aço AISI 304, respectivamente. A dureza e o módulo de elasticidade dos revestimentos, em ambos os substratos, aumentaram com a diluição e baseado em modelos da literatura esse comportamento foi atribuído a estrutura de imperfeições cristalinas da fase intermetálica. O comportamento tribológico dos revestimentos processados sobre substratos de aço AISI 1020 na temperatura ambiente foi dominado pela dureza dos revestimentos. Nesse caso, abrasão foi o principal mecanismo identificado. À 710ºC, as taxas desgaste foram reduzidas em uma ordem de grandeza e em virtude da elevada diluição observada nestes revestimentos, houve a formação de hematita na superfície dos revestimentos e a oxidação foi o mecanismo de desgatse dominante. Na temperatura ambiente, a adesão excessiva não permitiu a realização dos ensaios de desgaste nos revestimentos processados sobre substratos de aço AISI 304 e à 710ºC, o desgate foi dominado por deformação plástica resultando em taxas de desgaste elevadas.

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Godoy, Paulo Henrique de. "Construção de um equipamento de plasma de arco DC para multiplos fins". [s.n.], 1997. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/264993.

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Abstract (sommario):

Orientadores: Carlos Kenichi Suzuki, Yoshikazo Ernesto Nagai
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
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Resumo: O gerador de plasma é um equipamento que permite estabelecer elevadas temperaturas,da ordem de 5000 à 50000 K, sendo esta tecnologia altamente versátil para aplicações avançadas. Este equipamento possui como característica, flexibilidade no tocante à mudança de sua configuração, podendo ser empregado em uma vasta gama de aplicações práticas, dentre elas podemos citar o crescimento sustentável através da utilização para solução em problemas do meio-ambiente e a deposição de filmes finos. Neste trabalho de dissertação, apresenta-se a construção e operação de um reator de plasma gerado por descarga elétrica DC do.tipo arco, de relativa simplicidade e baixo custo da instrumentação. Parâmetros elétricos do arco foram medidos para os plasmas de hidrogênio e argônio. Dados foram analisados sobre a estabilidade elétrica do arco para aplicações que requeiram maior estabilidade da chama. A elevada brilhância e potência encontrados à medida que aumenta-se a pressão de trabalho indicam um aumento- na temperatura. Como aplicação desta tecnologia, preparou-se dois tipos de substratos, molibdênio e silício (111), para um ensaio de deposição de filmes finos de diamantes. Muito embora tenhamos encontrado dificuldades com relação às leituras de temperatura-e estabilidade total do plasma, os ensaios detectaram indícios do crescimento de diamante no substrato de silício e no substrato de molibdênio apenas o crescimento de uma camada intermediária de carbeto de molibdênio. Portanto, este reator mostrou-se de aplicação tecnicamente viável para a deposição de filmes finos e, devido à sua flexibilidade, podemos estendermos sua aplicação para outras áreas de conhecimento com pequenas alterações no projeto
Abstract: Plasma generator is a device that provide us get high temperatures, in the range of 5000 K to 50000 K, being extremely changing technology for advanced applications. This equipment has high flexibility because its configuration is changeable and it has many practical applications. Among these we can list ecological problems and thin films deposition. In this thesis the construction and operation of a DC arc discharge plasma reactor with simple design and low cost have been developed. The electrical parameters were measured for argon and hydrogen plasmas. Arc stability data was obtained and analyzed for. uses in application that requires more stable flame. The high brilliance and power were delivered by the plasma by the raisingwork pressure, pointing to-an increase of the plasma temperature. As an example of technological application we prepared two types of substrates, silicon (111) and molybdenumfor diamond thin film deposition. Beside we have found some dificulties with the correct reading and control of the substrate temperature and plasma stability, these tests detected some signs of diamond growth on silicon substrate and on molybdenum only an intermediate layer of 'Mo IND.2 C¿ were found. We have shown that trns reactor is technically applicable for thin films deposition. Due its flexibilityit can be extended to others applications with small changes on its configuration
Mestrado
Materiais e Processos de Fabricação
Mestre em Engenharia Mecânica

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Hyde, Robert H. "Hollow-electrode pulsed plasma deposition of titanium and carbon thin films". [Tampa, Fla] : University of South Florida, 2006. http://purl.fcla.edu/usf/dc/et/SFE0001856.

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Hendricks, Brian Reginald. "Simulation of plasma arc cutting". Thesis, Peninsula Technikon, 1999. http://hdl.handle.net/20.500.11838/1245.

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Abstract (sommario):

Thesis (MTech (Mechanical Engineering))--Peninsula Technikon, 1999
The simulation of Plasma Arc Cutting is presented in this study. The plasma arc cutting process employs a plasma torch with a very narrow bore to produce a transferred arc to the workpiece. A technique for modelling plasma arc cutting has been developed by applying the thermo-metallurgical model to the process and integrating a model of material removal to this model. The model is solved using the finite element method using the FE package SYSWORLD, more specifically SYSWELD. The objective is to determine the minimum energy required to cut a plate of some thickness using this virtual model. The characteristics of the cut need to exhibit the characteristics of a "high quality cut". The model presented can predict the kerf size given certain process variable settings. The numerical results obtained are assessed by conducting experiments. By maintaining Ill1rumum energy input cost savings can be made through energy savings, limiting additional finishing processes and reducing expense of shortening the electrode and nozzle lifetimes. The modelling of the PAC process using virtual design techniques provides a cost-effective solution to the manufacturing industries with respect to process specification development. This plays an important role in South Africa's transition into a competitive global market. It is envisaged that the model will provide an alternative more efficient, non-destructive means of determining the optimum process variable settings for the plasma arc cutting process.

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Delair, Laurent. "Caractérisation de sources plasmas dédiées à la simulation de rentrées atmosphériques et au traitement de polluants : arc soufflé basse pression et décharge de polluants". Rouen, 2004. http://www.theses.fr/2004ROUES052.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse est consacré à l’étude expérimentale de deux sources de plasmes : une torche de configuration originale (deux pieds d’arc anodiques) produisant un plasma d’azote à basse pression, et un arc glissant atmosphérique. Les caractéristiques thermodynamiques du plasma d’azote – densités et températures – sont déduites de l’analyse de son rayonnement par spectroscopie d’émission, depuis sa zone de création jusqu’à sa détente dans la veine d’essai. Des mesures du nombre de Mach sont également réalisées en sortie de torche. L’étude du comportement dynamique de cette source met en évidence l’existence d’une résonance acoustique de la chambre d’arc aux fluctuations de la densité électronique du plasma. L’analyse de l’arc glissant par les mêmes procédés révèle le fort déséquilibre du plasma dans sa zone de création et l’existence de phénomènes d’élargissement anormaux, signature d’une turbulence plasma. L’acquisition simultanée et à haute vitesse de ses caractéristiques électriques et radiatives confirme le scénario habituellement proposé pour sa dynamique : claquage, étirement, extinction. Elle met également en évidence le comportement impulsionnel de cet arc au cours de sa progression entre les électrodes
This work deals with the experimental study of two plasma sources : an original plasma torch (two anodic arc roots) which generates a low pressure nitrogen arcjet, and an atmospheric pressure gliding arc. The thermodynamic characteristics of the nitrogen plasma – densities and temperatures – are deduced from emission spectroscopy analysis, from its creation zone to its expansion zone. Mach number measurements are carried out at the torch exit. The study of the arc(s dynamic behaviour highlights an acoustic resonance frequency inside the arc chamber. The analysis of the gliding arc with emission spectroscopy reveals its non-equilibrium state and some abnormal ionic line broadenings in its creation zone due to plasma turbulence phenomena. Simultaneous high speed acquisitions of electrical signals and light intensity confirm its classical dynamical behaviour : ignition, lengthening, extinction. They also show the impulse behaviour of the arc column as it moves between the electrodes

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Bublievsky, Dmitry Alexandrovich. "Desenvolvimento e aplicação da técnica de diagnóstico térmico-espectroscópico para estudo da interação de arcos elétricos com eletrodos frios". [s.n.], 2003. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/277404.

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Abstract (sommario):

Orientador: Aruy Marotta
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-08-03T02:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bublievsky_DmitryAlexandrovich_M.pdf: 1177094 bytes, checksum: c681f9fa549216acb2481c1084c3e875 (MD5) Previous issue date: 2003
Resumo: Nesta tese foi introduzido um novo tipo de técnica de diagnóstico da mancha de arcos elétricos, chamado térmico-espectroscópico. A técnica foi aplicada ao estudo da velocidade de rotação da mancha do arco e da densidade de corrente na mancha. Ambas estão relacionadas com os fenômenos que ocorrem na erosão de eletrodos frios. As medidas foram realizadas em um catodo de cobre não refrigerado, operando em ar, usando uma instalação coaxial magnética. As experiências mostraram que há dois regimes de erosão: micro e macroerosão. Observamos que para o regime de microerosão, a velocidade é sempre maior, e a dispersão da velocidade sempre menor que na macroerosão. Ambos os fatos confirmam a existência de uma força de arraste de superfície ao movimento do arco. Podemos explicar que a fonte dessa força é proveniente dos jatos catódicos no regime de macroerosão, fazendo com que a mancha tenha um movimento descontínuo. As dificuldades das técnicas tradicionais de medida da densidade de corrente na mancha foram superadas, introduzindo-se o conceito de densidade de corrente efetiva na mancha, pela qual mede-se o início da fusão na mancha e não o diâmetro da mancha. O método, baseado no registro espectroscópico temporal da intensidade da linha de emissão do vapor de cobre, juntamente com o registro da evolução da temperatura da superfície do eletrodo, permitiu um grande aumento na sensibilidade de detecção do ponto de transição do regime de micro para macroerosão. A densidade de corrente da mancha, medida como uma função do campo magnético, apresenta um grande crescimento para baixos valores do campo magnético. O estudo experimental realizado nesta tese permite uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem em manchas de arcos elétricos de eletrodos frios, contribuindo, assim, para uma maior utilização das tochas de plasma
Abstract: In this thesis, we introduced a new type of arc spot diagnostic technique, called thermo-spectroscopic. Attention was concentrated on the study of arc spot rotation velocity and arc spot current density as a function of magnetic field. Both are related to cold electrode erosion phenomena. Measurements were carried out in an uncooled copper cathode in air, using a magnetically driven arc coaxial setup. Experiments have shown that there are two erosion regimes: a micro and a macroerosion one. We observed that for the microerosion regime, velocity was always higher and velocity dispersion lower than for the macroerosion one. Both facts confirm the existence of a surface drag force to the movement of the arc. We could explain that the source of this force is provided by cathode jets in the macroerosion regime, making the spot to move with frequent stops. We overcame the difficulties in traditional techniques in measuring spot current density by introducing the concept of effective arc spot current density, by which we measure the spot fusion onset and not the arc spot diameter. The method, based on the temporal spectroscopic registration of copper vapor atomic line emission intensity, together with the registration of the electrode surface temperature evolution, provided a significative increase in the sensibility of detection of the transition point from micro to macroerosion. The arc spot current density, measured as a function of magnetic field shows a strong increase for low magnetic field values. Experimental study, carried out in this thesis, allows a better understanding of the phenomenon taking place in cold electrode arc spot, thus contributing for a wider utilization of plasma torches
Mestrado
Física
Mestre em Física

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Filho, Gilberto Petraconi. "Investigações em plasma de arco a baixa pressão de vapor de mercúrio". Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 1990. http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1431.

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Abstract (sommario):

Este trabalho descreve um modelo para auditar a qualidade de um software. Os atributos da qualidade são agrupados em fatores relacionados com o grau de satisfação do usuário (Fatores de Qualidade de Serviço) e com o grau de qualidade do produto (Fatores de Qualidade de Engenharia). Os fatores são refinados até a obtenção de critérios diretamente quantificáveis, sendo proposto um método para a escolha destes critérios. Um método para agregar as medidas resultantes da avaliação destes critérios é também proposto. O processo de agregação conside.ra a falta de qualidade de um atributo em relação aos valores previamente estipulados pelo usuário. o processo de avaliação descreve os procedimentos necessários para que o auditor quantifique o critério de qualidade. Um sistema, que implementa o modelo proposto, é qualidade. desenvolvido para apoiar o auditor nas tarefas de controle de qualidade.

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Beaver, James R. "Plasma vitrification of geomaterials". Thesis, Georgia Institute of Technology, 1995. http://hdl.handle.net/1853/21621.

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Sagás, Julio César. "Caracterização de descargas de arco deslizante". Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2009. http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=769.

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Abstract (sommario):

Descargas de arco deslizante geram plasmas em pressão atmosférica que podem operar em três regimes diferentes: térmico, não-térmico ou transitório. No regime transitório a descarga inicialmente forma um arco térmico que durante sua evolução sofre uma transição para o regime não-térmico. Esta transição permite obter alta densidade eletrônica e seletividade química, tornando este tipo de descarga interessante para aplicações em processos químicos em fase gasosa a pressão atmosférica. No presente trabalho é realizada a caracterização de um sistema gerador de descargas de arco deslizante em vórtice com o objetivo de compreender melhor os fenômenos básicos deste tipo de reator, em especial, a influência que o fluxo de gás exerce sobre os parâmetros elétricos e o efeito da vazão e da corrente nos processos químicos ocorridos no meio reativo. A caracterização foi feita utilizando ar atmosférico, gás natural e mistura de ambos os gases. As análises foram feitas através de medidas elétricas, espectroscopia óptica e espectrometria de massas. Os experimentos com ar foram realizados variando a vazão mássica entre 0,6 e 3,6 g/s e a corrente da descarga de 76 a 583 mA e, para gás natural, na faixa de 0,4 a 0,7 g/s e 80 a 992 mA. Os experimentos com mistura de gases foram realizados com vazão total de 2,0 g/s variando a razão de equivalência de 0,9 a 11,3 com correntes entre 50 e 392 mA e com vazão total de 1,0 g/s com razão de equivalência fixa em 1,9, variando a corrente de 100 mA a 960 mA. Os resultados mostram que a tensão de ruptura cresce fortemente com o aumento da vazão de gás, ao mesmo tempo em que há um pequeno decréscimo da corrente. A freqüência da descarga, por sua vez, é função tanto da tensão de ruptura quanto da vazão. Observa-se que a reatividade do meio cresce com o aumento da corrente, elevando a produção de NO na descarga em ar e a conversão de gás natural nos experimentos com gás natural puro e com mistura de gases. A redução da vazão total pela metade nos experimentos com mistura dobra a conversão de gás natural, mostrando a importância do tempo de residência no processo.

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Hernandez, Karina. "Caractérisation expérimentale de l'interaction arc-matériau : application à l'optimisation des appareils de coupure". Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2412/.

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Abstract (sommario):

La quantification du transfert d'énergie est un thème primordial pour l'optimisation de nombreux systèmes et procédés tels que la coupure du courant dans un disjoncteur basse tension. L'équipe AEPPT étudie cette thématique depuis de nombreuses années aussi bien d'un point de vue expérimental que numérique par la mise en place de dispositifs expérimentaux et de modèles numériques. A ce jour, les études expérimentales menées ont été réalisées sur une configuration d'arc transféré pour des intensités de courant voisines de la centaine d'ampères. Dans le cadre de ce travail, un nouveau dispositif expérimental permettant de générer un arc impulsionnel de plusieurs milliers d'ampères a été mis en place. Deux approches complémentaires ont été considérées pour la quantification du transfert d'énergie en régime temporel: l'étude de l'interaction de l'arc avec les matériaux utilisés comme électrode et la caractérisation du plasma établi. Des mesures par imagerie rapide, thermographie infrarouge et spectroscopie optique ont été réalisées
Quantification of energy transfer is an essential theme for optimization of many systems and processes such as low-voltage circuit breakers. The AEPPT team investigates this topic over many years, both from an experimental and theoretical point of view by developing experimental devices and numerical models. To this day, experimental studies have been made on a transferred arc configuration for current values about a hundred amperes. In this work, a new experimental device has been carried out to generate a pulsed arc of several kilo amperes. Two complementary approaches were considered to quantify time-resolved energy transfer: to study the interaction of the arc with the electrode material and to characterize the plasma created. High-speed video analysis has been used, thermographic and spectroscopy measurements were carried out

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Courrege, Maeva. "Caractérisation des interactions plasma/parois dans un disjoncteur haute tension". Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30162/document.

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Abstract (sommario):

Les disjoncteurs à haute tension, présents dans le réseau électrique, permettent d'assurer en toute sécurité la distribution de l'électricité. Lorsqu'un défaut est détecté, ou lors d'une intervention de maintenance, l'ouverture des contacts électriques au sein du disjoncteur entraine l'apparition d'un arc électrique à ses bornes. La protection et la coupure ne seront effectives que lorsque l'arc électrique aura été coupé. De nombreux paramètres, géométriques et physiques entrent en jeu dans la capacité de coupure d'un disjoncteur. L'objectif de ces travaux de thèse consistait à analyser l'impact du plasma sur les différents matériaux constituant le disjoncteur. Une démarche purement théorique est abordée à travers l'utilisation du logiciel commercial ANSYS Fluent. Ces travaux sont menés en collaboration avec la société Siemens qui fournit les données expérimentales indispensables à la discussion et à la validation du modèle. Dans ce travail nous considérons dans un premier temps l'ablation des tuyères en téflon. Ce phénomène est pris en compte dans notre étude, au travers d'un modèle d'ablation basé sur la théorie de T. Christen. L'ablation des parois joue un rôle fondamental sur la montée en pression dans les volumes de chauffage, et a une incidence directe sur la réalisation de la coupure. Ainsi le rôle et la quantification des vapeurs de C2F4 sont discutés et détaillés. La deuxième interaction plasma/matériau qu'il convenait d'étudier est celle avec l'électrode mobile constituée d'un mélange tungstène cuivre. Cette interaction est rarement étudiée au niveau des travaux de la littérature. La mise en place nécessite le développement de modèles de sous couches, en proche voisinage de l'électrode, basés sur des balances d'énergie et de flux qui permettent de déterminer par des approches hors équilibre la température des électrodes et le taux de production de vapeurs. Sur une configuration réelle de disjoncteur les caractéristiques temporelles des grandeurs physiques (température, vitesses, pression) et électriques (courant, tension) sont présentées et discutées dans la phase fort courant. Nous concluons sur la nécessité de considérer l'ablation du C2F4 pour une bonne description de la montée en pression dans les volumes de chauffage car ils conditionnent le soufflage au moment du passage par le zéro du courant, et sur la nécessité de prendre en compte les vapeurs de cuivre car celles-ci sont présentes au passage par zéro du courant et conditionnent alors le pouvoir de coupure du disjoncteur
High-voltage circuit breakers, present in the power grid, ensure in safety the electricity distribution. When an error is detected, or for a maintenance operation, the opening of the electrical contacts within the circuit breaker causes the appearance of an electric arc at its terminals. Protection and cut-off will only be effective if the electrical arc cut off. Many parameters, geometric and physical, are involved in the breaking capacity of a circuit breaker. The aim of this work is to analyze the impact of plasma on the various materials making up the circuit breaker. A purely theoretical approach is tackled through the use of the commercial software ANSYS Fluent. This work is carried out in collaboration with Siemens, which provides the experimental data necessary for the discussion and validation of the model. In this work, we first consider the ablation of teflon nozzles. This phenomenon is taken into account in our study, using an ablation model based on the theory of T. Christen. The ablation of the walls plays a fundamental role on the rise in pressure in the heating volumes, and has a direct effect on the cut-off realization. Thus, the role and quantification of C2F4 vapors are discussed and detailed. The second plasma / material interaction that should be studied is that with the mobile electrode made of a tungsten copper mixture. This interaction is rarely studied in the literature. The implementation requires the development of sub-layers models in the vicinity of the electrode, based on energy and flux balances, which make it possible to determine by non-equilibrium approaches the temperature of the electrodes and the rate of vapor production. On a real circuit breaker configuration, the temporal characteristics of the physical (temperature, velocities, pressure) and electrical (current, voltage) quantities are presented and discussed in the high current phase. We conclude on the need to consider the ablation of C2F4 for a good description of the rise in pressure in the heating volumes because they condition the blowing at the moment of current-zero and on the need to take into account the copper vapors because these are present at the zero crossing of the current and then condition the breaking capacity of the circuit breaker

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Dallaqua, Renato Sergio. "Estudo experimental em uma centrífuga de plasma iniciada por arco no vácuo". Universidade de São Paulo, 1994. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43131/tde-03122013-145141/.

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Abstract (sommario):

Na década de 80 houve um aumento na utilização de isótopos estáveis em física nuclear, medicina nuclear, ciências biomédicas; geociências etc e as previsões indicam para um crescimento no consumo destes isótopos nas próximas décadas. Dentro deste quadro, novos métodos de separação isotópica foram propostos e desenvolvidos, entre eles, a centrifuga de plasma iniciada por arco no vácuo. Este trabalho mostra os resultados experimentais obtidos na centrífuga de plasma iniciada por arco no vácuo desenvolvida no LAP/INPE desde 1981. Inicialmente é feita una descrição da descarga em arco no vácuo que é a fonte de plasma desta centrífuga e com as medidas realizadas, uma caracterização completa do plasma pode ser obtida. Os resultados teóricos obtidos de um modelo de fluido para a coluna de plasma em rotação são comparados com os obtidos experimentalmente e, algumas limitações deste separador isotópico sio mencionadas. Os efeitos de gases residuais nos parâmetros do plasma desta centrifuga foram estudados e1 os resultados mostraram que o melhor desempenho deste separador ocorre na ausência de gases na câmara de vácuo. Dos resultados experimentais obtidos foi feito um estudo comparativo entre os diferentes métodos de separação isotópica e, observações conclusivas foram possíveis sobre a viabilidade de uma centrífuga de plasma iniciada por- arco no vácuo como um dispositivo para a separação de isótopos estáveis.
In the 80\'s, an increase in the utilization of stable isotopes in the nuclear physics, nuclear medicine, biomedical science geoscience has been observed. The previsions indicate that the consumption of these isotopes in the early future will be even higher. Within this picture new methods of isotope separation were proposed and developed, among them, the vacuum are plasma centrifuge. This work shows the experimental results obtained in the vacuum are plasma centrifuge developed at LAP /INPE since 1981. Initially we describe the vacuum are discharge which is the plasma source in this device. The measurements preformed provide a full characterization of the plasma. The experimental results were compared with that ones expected using an MHD model for a rotating plasma column. The limitations of this isotopic separator are discussed. The effects of residual gases in the plasma parameters of the vacuum are plasma centrifuge were studied and the results shown that the best performance occurs in the absence of gases in the vacuum chamber. The experimental results obtained were used to make a comparative study between different methods of isotope separation and conclusive remarks were achieved about the viability of a vacuum are plasma centrifuge as a device for stable isotope separation.

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Acharyya, Chandana. "Investigation on some of the physical processes occuring in glow and arc discharge plasma". Thesis, University of North Bengal, 1990. http://hdl.handle.net/123456789/627.

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Gantait, Madhusudan. "Investigation on the electrical and optical properties of arc plasma". Thesis, University of North Bengal, 1988. http://hdl.handle.net/123456789/616.

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Fleury, Emmanuel. "Etude d'un plasma de méthane en atmosphère non oxydante". Rouen, 1988. http://www.theses.fr/1988ROUES004.

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Abstract (sommario):

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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Thouin, Julien. "Caractérisation expérimentale et théorique d'un arc électrique impulsionnel éclatant dans un liquide". Electronic Thesis or Diss., Toulouse 3, 2023. http://www.theses.fr/2023TOU30317.

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Abstract (sommario):

Les applications des décharges d'arcs impulsionnelles dans l'eau sont nombreuses : fracturation de roches, formage électrohydraulique de pièces métalliques ou encore traitement de l'eau. Ces applications de puissances pulsées requièrent, pour beaucoup, des ondes de pression intenses avec un dépôt d'énergie sur des temps inférieurs à la milliseconde. Dès lors les contraintes et verrous technologiques sont nombreux : d'ordre électrique avec l'emploi d'alimentations souvent haute tension mais aussi l'usure du matériel associé. On pense notamment à l'érosion des électrodes. Dans ce contexte, la caractérisation de l'arc électrique impulsionnel dans l'eau et des mécanismes associés est essentielle à l'optimisation de ces dispositifs. Les principaux phénomènes associés à ce type de décharges sont une onde de pression ainsi qu'une émission de rayonnement intense. Ces mécanismes et leurs dépendances aux paramètres de la décharge restent mal compris. C'est dans ce cadre qu'ont été mis en place, dans un premier temps, des moyens expérimentaux de caractérisation d'une décharge avec un temps caractéristique de la dizaine de millisecondes. Ceci afin de maîtriser au mieux la chaîne expérimentale et d'obtenir une caractérisation pouvant servir par la suite à la compréhension du milieu et à la validation d'éventuels modèles. L'arc électrique est généré par la décharge de capacités chargées à quelques centaines de volts pour une énergie stockée de l'ordre du kJ. Des mesures de la température du plasma par la méthode du diagramme de Boltzmann sur des raies d'oxygène atomique ont été réalisées. La densité électronique du plasma a également été mesurée à partir de l'élargissement des raies d'émission Halpha et Hbeta par effet Stark. Ces mesures sont résolues temporellement sur la durée d'une décharge et permettent notamment d'avoir une estimation de la pression dans le milieu. Des acquisitions avec une caméra rapide de la dynamique de la bulle de vapeur générée et du plasma thermique avec un filtre optique passe bande ont aussi été réalisées. Dans un second temps, afin de se rapprocher des conditions expérimentales typiques des applications de décharges électro-hydrauliques pulsées (énergies similaires mais temps plus courts) un dispositif expérimental haute tension, faible inductance a été développé. Ce dispositif permet l'amorçage de décharges par surtension dans l'eau. L'alimentation et la décharge ont été caractérisées électriquement et, pour l'arc électrique, sur la base des mesures mises en place sur les temps plus long, de l'imagerie rapide et une prospection sur le spectre émis ont été réalisées
The applications of pulsed arc discharges in water are numerous: electrohydraulic forming of metal parts, rock fracturing, or water treatment. Many of these pulsed power applications require intense pressure waves with energy deposition in times shorter than a millisecond. Consequently, there are numerous technological constraints and challenges, both electrical in nature due to the use of often high-voltage power supplies and associated equipment wear, particularly electrode erosion. In this context, the characterisation of pulsed electric arcs in water and their associated mechanisms are essential for optimising these devices. The primary phenomena associated with such discharges are pressure waves and intense radiation emission. However, the mechanisms and their dependence on discharge parameters remain poorly understood. To address this, experimental means have been implemented, initially characterising a discharge with a characteristic time in the range of ten milliseconds. This is aimed at better understanding the experimental setup and obtaining characterisation data that can be used to comprehend the environment and validate potential simulation models. The electric arc is generated by discharging capacitors charged to several hundred volts, with an energy stored of the order of kilojoules. Measurements of plasma temperature using the Boltzmann plot method on atomic oxygen lines have been carried out. Additionally, electron density of the plasma was measured from the Stark broadening of Halpha and Hbeta emission lines. These measurements are temporally resolved over the duration of the discharge, allowing for an estimation of the pressure in the thermal plasma. Rapid camera acquisitions of the generated vapour bubble's dynamics and thermal plasma with a band-pass optical filter have also been performed. In a second stage, to better approach typical experimental conditions of pulsed electrohydraulic discharge applications (similar energies but shorter times), a high-voltage, low inductance experimental setup has been developed. This setup enables discharge initiation through voltage surges in water. The power supply and discharge have been electrically characterised, and, for the electric arc, based on the measurements set up for longer times, rapid imaging and a survey of the emitted spectrum have been carried out

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Hill, S. D. "Plasma torch interaction with a melting substrate". Diss., Georgia Institute of Technology, 1999. http://hdl.handle.net/1853/17261.

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El, Hamidi Lakbir. "Etude expérimentale de l'influence des vapeurs de cuivre sur les propriétés d'un plasma d'arc transfèrè brûlant dans l'argon à la pression atmosphérique". Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30013.

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Abstract (sommario):

Le travail presente dans ce memoire consiste a etudier experimentalement les perturbations apportees par la presence de vapeurs de cuivre sur un plasma d'arc transfere brulant dans l'argon a la pression atmospherique pour une intensite du courant de 90 a, une longueur d'arc de 18 mm et un debit de gaz de 8 ni/mn. La premiere etape indispensable a cette etude est la conception et la mise au point d'un dispositif a arc transfere permettant d'obtenir soit un plasma d'argon, soit un plasma forme d'un melange d'argon et de vapeurs de cuivre qui provient de l'erosion de l'anode. Les methodes de diagnostic du plasma cree par l'arc sont fondees sur la spectroscopie d'emission et la spectroscopie d'absorption. Dans le cas d'un plasma d'argon pur, nous avons determine le champ de temperature dans tout le volume de l'arc qui a une forme caracteristique de cloche. Pres de la cathode ou l'accrochage de l'arc est tres localise, la temperature depasse 18000 k, alors que pres de l'anode les valeurs maximum de temperature sont de l'ordre de 11000 k. D'autre part, des ecarts a l'equilibre ont ete mis en evidence dans les zones externes de l'arc. Lorsque l'anode est faiblement refroidie, une zone de plasma de 3 mm d'epaisseur, juste au-dessus de l'electrode est influencee par la vapeur de cuivre. Nos resultats montrent qu'avec une concentration de cuivre inferieure a 1% (en volume) le plasma subit un refroidissement de 2000 k environ. Cet effet est du aux modifications des proprietes locales du plasma dues au cuivre, telles que l'augmentation de la conductivite electrique et du rayonnement emis. Enfin les variations de tension de l'arc sont analysees en fonction des proprietes locales du plasma et des conditions d'accrochage de l'arc a l'anode

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Barreau, Gabriel. "Application d'une méthode semi-implicite couplée avec des outils d'adaptation de maillage anisotropique pour modéliser des arcs continus". Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0059.

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Abstract (sommario):

Un avion de ligne est foudroyé en moyenne une à deux fois par an, en considérant la taille des flottes d’avions dans le monde, c’est un phénomène assez fréquent. Lors du foudroiement, le courant injecté peut varier de 200 à 200kA. L’éclair peut alors être divisé en deux phases distincts : la phase impulsionnelle où l’intensité du courant peut atteindre 200kA pendant quelques microsecondes. Elle génère des chocs associés à un écoulement compressible. La phase continue où l’intensité du courant de quelques centaines d’ampères est quasi constant sur une durée de quelques centaines de millisecondes. L’écoulement autour de l’arc a des caractéristiques d’écoulement incompressible.La modélisation de ce phénomène en une seule simulation est très complexe car elle fait intervenir deux physiques d’écoulement différentes, et donc en général la partie continue est modélisée par des méthodes incompressibles et la partie impulsionnelle par des méthodes compressibles. Or, il n’est pas possible de résoudre des écoulements compressibles avec une méthode incompressible, et à cause de la contrainte sur le pas de temps, une méthode compressible n’est pas adaptée pour la résolution d’écoulement incompressible.Comme on souhaite modéliser un foudroiement dans son intégralité, on va chercher des méthodes compressibles capables de résoudre des écoulements bas Mach pour des valeurs de pas de temps raisonnables. Les méthodes semi-implicites sont des méthodes qui en implicitant une partie des termes des équations de conservations permettent de réduire la contrainte sur le pas de temps et permettent alors de résoudre un écoulement bas Mach avec un schéma compressibles.Après une étude bibliographique sur les méthodes existantes, une nouvelle méthode semi-implicite traitant le gaz réel a été développé dans le cadre de cette thèse et a été implémentée dans le code MHD Taranis. La prise en compte des gaz réels est possible grâce à l’utilisation de tables thermodynamiques qui sont générées par le code Sethi. . Pour diminuer les contraintes sur les temps de simulation des géométries 3D, le code Taranis est couplé avec des outils d’adaptation de maillage anisotrope développé à l’INRIA. Ces outils permettent de générer un maillage qui va s’adapter selon l’écoulement de la configuration et donc mailler uniquement aux endroits où c’est nécessaire. Il a été alors nécessaire d’adapter les critères d’adaptation développés pour les calculs de mécanique des fluides à ceux d’un plasma thermique.Pour valider la capacité du nouveau schéma à modéliser des arcs continus, une configuration d’un arc à combustion libre entre cathode en forme de pointe et une anode en forme de plaque est modélisation en 3D. Cette configuration permettra de montrer la capacité du code Taranis à modéliser des arcs continus, et de montrer les intérêts des outils d’adaptation de maillage dans le cas de modélisation d’écoulement plasma
A commercial aircraft is struck by lightning on average once or twice a year. Considering the size of the global aircraft fleet, this is a fairly common phenomenon. During a lightning strike, the injected current can vary from 200 to 200 kA. The lightning can then be divided into two distinct phases: the impulsive phase, where the current intensity can reach 200 kA for a few microseconds, generating shocks associated with compressible flow; and the continuous phase, where the current intensity of a few hundred amperes remains almost constant over a duration of a few hundred milliseconds. The flow around the arc has incompressible flow characteristics during this phase.Modeling this phenomenon in a single simulation is very complex because it involves two different flow physics, so generally, the continuous part is modeled using incompressible methods, and the impulsive part using compressible methods. However, it is not possible to solve compressible flows with an incompressible method, and due to the time step constraint, a compressible method is not suitable for solving incompressible flow.As we aim to model a lightning strike in its entirety, we will seek compressible methods capable of resolving low Mach number flows with reasonable time step values. Semi-implicit methods are techniques that, by implicitly handling some terms of the conservation equations, reduce the time step constraint and thus allow solving low Mach number flows with a compressible scheme.After a bibliographical study on existing methods, a new semi-implicit method handling real gas was developed as part of this thesis and implemented in the MHD code Taranis. The consideration of real gases is made possible through the use of thermodynamic tables generated by the Sethi code. To reduce constraints on simulation times for 3D geometries, the Taranis code is coupled with anisotropic mesh adaptation tools developed at INRIA. These tools generate a mesh that adapts according to the configuration flow, thus meshing only where necessary. It was then necessary to adapt the adaptation criteria developed for fluid mechanics calculations to those of a thermal plasma.To validate the new scheme's ability to model continuous arcs, a configuration of a free-burning arc between a pointed cathode and a plate anode is modeled in 3D. This configuration will demonstrate the Taranis code's capability to model continuous arcs and show the benefits of mesh adaptation tools in plasma flow modeling

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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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Abstract (sommario):

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 local
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Rouffet, Marie-Emilie. "Nouvelle méthode de diagnostic optique des plasmas thermiques : application au mélange argon-hydrogène-hélium". Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/338/.

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Abstract (sommario):

Les plasmas thermiques sont des systèmes complexes utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Leurs propriétés intrinsèques et les transferts d'énergie qui s'y déroulent sont de plus en plus étudiés pour la complexité des phénomènes physiques mis en jeu. La température est une des grandeurs particulièrement pertinente à étudier, car elle est d'une part un élément de contrôle du bon déroulement des processus, et d'autre part un paramètre clé dans la connaissance des propriétés des plasmas. Les travaux réalisés ont consisté à développer une nouvelle technique de mesure simple et fiable de la température d'un plasma, qui puisse s'appliquer rapidement sur des réacteurs à plasmas industriels. Nous avons restreint notre étude au mélange Ar-H2-He. Dans un premier temps, le rayonnement théorique du plasma a été calculé. Pour cela, nous avons considéré d'une part le fond continu, et d'autre part les raies. Pour des températures comprises entre 5 kK et 30 kK, les calculs radiatifs de 30 nm à 4500 nm ont permis d'établir une base de données théoriques servant de point de départ pour la réalisation pratique de l'étude. En parallèle, un dispositif expérimental a été développé, avec la mise en place d'un arc stabilisé par paroi. Les émissivités du plasma ont été recueillies par spectroscopie d'émission pour des arcs établis dans l'argon pur et dans les mélanges Ar-H2. Une comparaison des valeurs expérimentales et théoriques a permis de déterminer la température du plasma. L'évaluation de cette température par des techniques classiques de spectroscopie d'émission a complété la validation de notre nouvelle méthode de diagnostic
Thermal plasma temperature is a key parameter in the study of intrinsic properties as well as in the control and optimization of industrial processes. To determine the temperature, emission spectroscopy is often used because the intensity of the plasma radiation changes strongly according to its temperature. A new diagnostic method to evaluate thermal plasma temperature is investigated. Both simple and reliable, this technique can fast be applied on industrial reactors. This method in principle consists of using the relative and absolute dependencies on temperature of the emitted plasma radiation in various spectral regions. The technique needs a preliminary study to calculate these relations. So the theoretical plasma radiation was calculated. We have considered the continuum, by paying a particular attention in atomic and molecular contributions, and the lines, by taking into account the absorption. Radiative calculations are allowed to establish a base of theoretical data, from 30 nm to 4500 nm and 5 kK to 30 kK, for Ar-H2-He plasma mixtures at atmospheric pressure. An experimental study was carried out to validate the methods. The set-up is composed of a wall-stabilized arc and a multichannel spectrometer. Values of temperature o btained by the new method are compared with literature and the classical measurements based on absolute line intensity method. We limit to work in pure argon and Ar-H2 mixture. Experimental results are presented and discussed

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Déprez, Grégoire. "L'instrument Micro-ARES sur ExoMars 2016". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066061/document.

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Abstract (sommario):

Divers phénomènes d'ionisation et d'électrification atmosphériques existent dans la plupart des environnements planétaires connus et les conditions dans la basse atmosphère de Mars sont propices à l'établissement de champs électriques potentiellement très élevés. La raison d'être de Micro-ARES, le capteur de champ électrique et de conductivité de la suite météo DREAMS, seule charge utile scientifiques de l'atterrisseur Schiaparelli de la mission ExoMars 2016, était de défricher cette électricité atmosphérique martienne. L’étude de l’activité électrique ainsi que de la génération de ces champs électriques dans les tempêtes de poussières martiennes permettrait de faire la lumière sur divers phénomènes physiques : La dynamique des poussières à l’échelle locale et planétaire, élément clé du climat martien, la peu comprise ionosphère martienne ou encore la chimie atmosphérique et plus précisément l’énigme du méthane martien.La thèse présentée ici détaille le développement matériel et logiciel de Micro-ARES, les tests subits par l’instrument aussi bien en chambre que sur le terrain, ainsi que le traitement des données et la physique qui sous-tend le fonctionnement de l’instrument. Puisque de futures mission embarqueront très probablement ce type de capteur polyvalent, léger et consommant peu, l’accent a été mis sur la modélisation de l’interaction entre l’électrode et l’atmosphère. Ce travail théorique dépasse le cadre de Micro-ARES sur ExoMars 2016 et est une étape nécessaire dans la compréhension et le traitement des biais induits aussi bien par l’environnement de l’instrument, son design simplifié et les comportements inattendus de l’atmosphère martienne
Atmosphere ionization and electrification mechanisms of various sorts are known to exist in most of the planetary environments. It appears that the lower atmosphere and surface of Mars combine a number of favorable conditions for the development of intense atmospheric electric fields. Unveiling the Martian atmospheric electricity was the original goal of Micro-ARES, the electric-field and conductivity sensor of the DREAMS meteorological suite, the only scientific payload that equipped the Schiaparelli module from the ExoMars 2016 mission.The study of the electrical activity and electric field generation in Martian dust events might bring new capital knowledge on a wide range of phenomena: The local and planetary scale dust dynamics, a major component of the Martian climate, the partially understood Martian ionosphere, atmospheric chemistry and more precisely the production and destruction of the Martian methane, a still unresolved mystery.The following thesis details the hardware and software development of Micro-ARES, its testing phases, both in laboratory and on the field, and the data processing and physical processes underlying the instrument’s operation. Since future missions may carry again these kind of polyvalent, lightweight and energy-efficient sensor, emphasis was put on the modeling of the instrument's electrical coupling with the atmosphere. This theoretical work exceeds the frame of Micro-ARES in ExoMars 2016 and is necessary in order to understand and accurately compensate the biases induced by the instrument's surroundings, its simplified design and the unexpected electrical behavior of the Martian atmosphere

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