Modélisation d'une Torche Plasma Thermique de Forte Puissance à Électrode Creuse - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2021

Modélisation d'une Torche Plasma Thermique de Forte Puissance à Électrode Creuse

Résumé

Les torches à cathode creuse permettent d’atteindre des plasmas de plus grandes dimensions queles torches dites à « cathode pointue » [1]. Ces torches possèdent des spécificités telles que la géométriede l’électrode amont, une injection de gaz en vortex situé dans le plan milieu, bien souvent la présencede bobines extérieures afin de créer un champ magnétique permettant de mettre l’arc en rotation. Cestorches sont utilisées pour tester la résistance des matériaux soumis à des températures élevées (rentréeatmosphérique), pour faire du traitement de déchets (Réfiom) ou bien encore dans la sidérurgie pour laproduction d’acier afin de réduire la quantité de coke utilisé et réduire les émissions en CO2 [2,3]. Dansles applications visées, les torches sont utilisées en mode « continue », elles doivent donc être robusteset avoir une bonne tenue thermique afin d’augmenter la durée de vie des consommables.Afin de pouvoirs monter en puissance, les torches actuelles, qui fonctionnent pour despuissances voisines de 100kW doivent être bien maitrisées. Pour cela nous avons entrepris dans le cadred’un projet avec l’ADEME la modélisation du plasma créé par une torche à cathode creuse. Le modèleest basé sur l’outil Ansys Fluent agrémenté des équations et des termes source spécifiques à ladescription du plasma créé par la présence de l’arc électrique en rotation. Le code résout par la méthodedes volumes finis les équations mises sous la forme de l’équation généralisée [4]. Dans le cadre de cetteétude de modélisation, nous considérons un plasma d’air en écoulement laminaire.Nous décrirons le mode de fonctionnement de la torche ainsi que l’écoulement. Nousprésenterons les modules électromagnétiques développés (Champ créé par les bobines extérieures etchamp auto induit par la présence de l’arc) ainsi que le module de déplacement de l’arc basé surl’existence d’une résistivité locale [5]. Cette méthode originale est issue de la transposition de travauxrelatifs aux disjoncteurs basse tension [5]. Le caractère tortueux de l’arc sera illustré ainsi que safréquence de rotation et sa position de stabilisation axiale. Dans la mesure du possible, les résultatsseront confrontés aux résultats de la littérature. Enfin nous donnerons quelques pistes sur la démarcheque nous comptons suivre en vue d’augmenter la puissance des torches à cathode creuse.

Domaines

Plasmas
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03798061 , version 1 (05-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03798061 , version 1

Citer

F Sambou, Jean-Jacques Gonzalez, Pierre Freton. Modélisation d'une Torche Plasma Thermique de Forte Puissance à Électrode Creuse. CAE15, 15ème colloque sur les arcs électriques, CORIA, Jun 2021, Rouen, France. ⟨hal-03798061⟩
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