Modélisation MHD 3D d'une torche plasma triphasée

Christophe Rehmet (1) , Vandad-Julien Rohani (1) , François Cauneau (1) , Laurent Fulcheri (1)

1 PERSEE - Centre Procédés, Énergies Renouvelables, Systèmes Énergétiques

Alors que de nombreuses études sont consacrées à la modélisation Magnéto-Hydro-Dynamique (MHD) des arcs en courant continu (DC) peu d'études sont consacrées aux arcs des torches plasma triphasées. Cette étude présente les résultats de la modélisation MHD 3D instationnaire d'une torche plasma triphasée avec des électrodes en graphite. Les équations de la MHD sont résolues en utilisant le logiciel de mécanique des fluides code Saturne® à L'équilibre Thermodynamique Local (LTE). Bien qu'au niveau numérique, la modélisation de la décharge triphasée est particulièrement délicate puisque elle est en partie liée à la densité électronique dans la zone inter électrodes, le modèle numérique a été appliqué avec succès et simule automatiquement l'allumage et l'extinction des arcs. L'analyse du mouvement des arcs entre les trois électrodes a permis d'obtenir d'importantes informations difficilement accessibles expérimentalement. Les résultats montrent que le débit massique émanant des jets aux électrodes contrôle le mouvement des arcs et la forme de l'écoulement du plasma de post-décharge. En effet, ce flux de masse est dirigé le long de la normale du bout de l'électrode et dévie une partie du gaz plasma vers les parois. De plus, la chaleur transmise par ces jets sur l'électrode inactive contribue à l'amorçage de nouveaux arcs. En ce qui concerne les phénomènes électromagnétiques, le courant imposé modifie la vitesse des jets aux électrodes et l'augmentation du courant tend à stabiliser les arcs dans l'espace inter-électrodes. Pour conclure, les arcs générés entre les trois électrodes en graphite induisent des transferts de masse et de chaleur spécifiques qui tendent à homogénéiser la température de l'écoulement plasma et à augmenter la turbulence. Les résultats expérimentaux obtenus avec une caméra ultra rapide, présentés dans un autre document, sont en accords avec les résultats obtenus par ce modèle MHD.

Domaines: Energétique

Christophe Rehmet, Vandad-Julien Rohani, François Cauneau, Laurent Fulcheri. Modélisation MHD 3D d'une torche plasma triphasée. CAE XI - Colloque sur les Arcs Electriques, Mar 2013, Toulouse, France. 4 p. ⟨hal-00804640⟩