Mécanismes d’interaction entre décharges nanosecondes répétitives pulsées et écoulements laminaires réactifs

Interaction mechanisms between nanosecond repetitively pulsed plasma discharges and laminar reactive flows

• Auteur / Autrice : Sylvain Heitz
• Direction : Deanna Lacoste, Thierry Schuller, Jonas Moeck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 27/11/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Technische Universität (Berlin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Julien Sotton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Bourdon, Christian Olivier Paschereit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement laminaire

Plasmas, Dynamique des

Combustion

Mots clés libres

Combustion

Décharges plasma

Écoulements laminaires

Combustion

Plasma discharges

Laminar flows

Résumé

Les interactions entre décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées et des écoulements de gaz laminaires sont étudiées. L’influence d’écoulements d’air stationnaires et instationnaires sur les régimes de décharges NRP est étudiée et les résultats interprétés au moyen de nombres adimensionnels afin de mettre en évidence l’effet synergétique du nombre d’impulsions appliquées, ainsi que de la puissance des pulses, sur le régime de décharge NRP observé. Une étude de l’effet de flammes méthane-air laminaires prémélangées sur des décharges NRP est ensuite présentée. Dans les deux configurations expérimentales utilisées, un effet de la flamme sur les décharges NRP en régime couronne est démontré. De plus, l’influence du mélange de gaz entre les électrodes sur la forme des décharges plasma est démontrée. Enfin, l’effet de décharges NRP en régime couronne sur des flammes plates laminaires prémélangées est étudié. Les décharges NRP entraînent un déplacement de la flamme vers l’amont. Des simulations numériques de flammes axisymétriques sont ensuite réalisées.Cette étude met en évidence l’effet des décharges NRP sur une flamme et donne des indications sur le phénomène à l’origine de cet effet, à savoir l’augmentation de la vitesse de flamme laminaire par le biais de la génération de chaleur et d’ozone par les décharges plasma. De plus, l’étude démontre l’effet opposé de mélanges réactifs sur les décharges NRP. Les décharges NRP sont modifiées par le phénomène de convection du gaz entre les électrodes ainsi que par la constitution de ce gaz.

The interactions between Nanosecond Repetitively Pulsed plasma discharges and laminar reactive flows are investigated.The influence of steady and unsteady air flows on the regimes of NRP discharges is investigated. The results are interpreted with the use of characteristic dimensionless numbers; this analysis allows to highlight a synergetic effect between the high-voltage pulses as well as the power of the pulses on the NRP discharge regime observed. Then, an investigation of the effect of laminar premixed methane-air flames on NRP discharges is presented. An effect of the flame on the NRP corona discharges is displayed; this effect is a function of the proximity of the flame to the discharges. the influence of the inter-electrode gas mixture on the shape of the plasma discharges is also visually assessed. Finally, the effect of NRP corona discharges on laminar premixed flat flames is investigated. The NRP discharges induce a displacement of the flame in the upstream direction which is verified with numerical simulations.This study displays the effect of NRP discharges on a flame and gives insights as to the phenomenon underlying this effect. Moreover, the study highlights the opposite effect of reactive mixtures on the NRP discharges. The visual modification of the NRP discharges is a function of the transport of the inter-electrode flow and of the nature of the gas itself.