Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS)

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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Traitement en plasma de précurseurs liquides : ombroscopie couplée avec un modèle de fragmentation

Contacts

Armelle VARDELLE armelle@ensil.unilim.fr
Responsable équipe modélisation
Gilles MARIAUX mariaux@ensil.unilim.fr
Projection solution


Contexte/objectifs

La projection plasma de suspensions ou de solutions (SPS) est développée de manière expérimentale depuis une dizaine d’année au laboratoire pour réaliser des dépôts finement voire nano-structurés (en particulier pour des applications de barrières thermiques ou d’électrodes ou électrolytes de piles à combustible). La qualité des dépôts dépend principalement de la taille des gouttes produites par la fragmentation de la phase liquide par la phase gazeuse et du traitement cinématique et thermique du liquide dans le jet de plasma. Ces phénomènes de fragmentation associés à la faible densité du liquide compliquent la mise au point du procédé et la modélisation apporte une aide précieuse pour leur compréhension.

La même approche peut être utilisée pour le traitement de biohuile en plasma ; l’objectif étant d’augmenter le rendement matière et la qualité du syngas obtenu par rapport aux procédés de gazéification conventionnels.

Les travaux portent sur le développement d’un modèle réaliste du jet plasma (3D, instationnaire, turbulent) et de son interaction avec la phase liquide de façon à pouvoir mieux comprendre les phénomènes mis en jeu et optimiser les conditions d’injection du liquide et son traitement, cinématique, thermique et chimique.

 

Simulation de la fragmentation de gouttes d’eau par un jet de plasma. Modèle ETAB
t0 + 110 µs
t0 + 110 µs
 
t0 + 140 µs
t0 + 140 µs


Activités

L’activité de l’équipe concerne :
  • La modélisation du jet de plasma 3D instationnaire turbulent dans son environnement par des approches de simulation des grandes échelles (LES) responsables de la dispersion des gouttes et des particules
  • La modélisation des phénomènes de fragmentation du liquide
  • La modélisation des transferts de chaleur et de masse entre la phase liquide et la phase gazeuse
  • La validation des modèles par des mesures en vol sur les gouttes ou les particules (ombroscopie laser, SprayWatch, imagerie rapide)


Equipements spécifiques

  • Logiciel de mécanique des fluides et thermique Code_Saturne et Fluent
  • Station de calcul et cluster sous Linux
  • Banc de projection plasma Multicoat de Sultzer-Metco
  • Système d’injections mécaniques asservis type injection automobile (Qualiflow)
  • Systèmes de diagnostique en vol pour validation des modèles : ombroscopie laser, PIV, imagerie rapide, SprayWatch


Brevets / Publications sélectionnées

  1. MARCHAND C., VARDELLE A., MARIAUX G., LEFORT P.
    Modelling of the plasma spray process with liquid feedstock injection
    Surface and Coatings Technology 202, 2008, 4458-4464

  2. C. MARCHAND, C. CHAZELAS, G. MARIAUX, A. VARDELLE
    Modeling the Interactions Between the Transient Plasma Jet and the Droplets
    Journal of Thermal Spray Technology, vol. 16, n°5-6, 2007, 705-712

  3. C. MARCHAND, C. CHAZELAS, G. MARIAUX, A. VARDELLE
    Liquid Precursor Plasma Spraying
    Journal of Thermal Spray Technology, 16, n° 4, 2007, 705-712

  4. A. VARDELLE, C. CHAZELAS, C. MARCHAND, G. MARIAUX
    Modeling time-dependent phenomena in plasma spraying of liquid precursors
    J. of Pure & Appl. Chem., 80, 2008, 1981-1991

  5. C. MARCHAND
    Projection plasma de précurseurs liquides : Etude de l’injection et de la fragmentation du liquide dans le jet de plasma
    Thèse de doctorat, Université Limoges, dec. 2008

Mis à jour le 14 juin 2009

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