Study of flow electrification phenomenon : understanding the origin and development of the phenomenon

• Auteur / Autrice : Mohamed Eladawy Khalil Eladawy
• Direction : Thierry Paillat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique et mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Diélectriques

Conduction électrique

Couche double électrique

Résumé

À l'interface solide-liquide, des phénomènes physico-chimiques conduisent à créer une zone de charge électrique appelée double couche électrique (DCE). Un écoulement du liquide à la surface du solide perturbe la DCE et génère un courant électrique dit ''courant d'écoulement''. Ce courant est dû à la convection des charges du liquide provenant de la DCE. La réaction physico-chimique à l'interface solide-liquide est un des paramètres qui contrôlent le développement de la couche diffuse dans le liquide ainsi que la densité volumique de charge. L'étude du processus transitoire permettrait de mieux comprendre le phénomène. Ainsi, des expériences ont été menées ayant pour objective de suivre au cours du temps l'évolution de la densité volumique de charge prés de l'interface solide-liquide dans le cadre d'interface huile/carton rencontrée dans les transformateurs électriques de puissances. Une tentative d'analyse chimique a été proposée pour un couple particulier pour identifier le mécanique physico-chimique responsable de la DCE. En s'appuyant sur l'ensemble des donnés expérimentales, une modélisation du développement de la DCE a été réalisée. Elle est basée sur un mécanisme de réaction chimique de corrosion du solide. Ce modèle microscopique dit ''corrosion analogue'' a été implanté dans le code de calcul SATURNE® de ''Electricité De France'' pour simuler numériquement le processus de développement de la DCE perturbé ou non par l'écoulement. Par ailleurs, l'analyse cinétique de ce mécanisme a été considérée pour étudier l'effet des paramètres gouvernent le processus de développement. In fine, ce modèle microscopique de corrosion analogue est comparé au modèle d'adsorption développé sur le même code.

At the solid-liquid interface, a charge zone called the electrical double layer (EDL) appears. It is constituted of two zones of opposite sign: one in the solid and the other one in the liquid. When a liquid flows, an axial streaming current is generated. This current is due to the convection of the charges coming from the EDL. The physicochemical reaction at the solid-liquid interface is one of the most important parameters which control the diffuse layer development inside the liquid and, consequently, the space charge density. The analysis of the transient process gives a better understanding this phenomenon. In this context, experiments have been conducted to determine the space charge density associated with flow electrification near the solid-liquid interface. Furthermore, an analysis for the physicochemical reaction at the solid-liquid interface has been undertaken in order to identify the reagent of the liquid with the solid material. Based on the experimental data, a microscopic physicochemical ''corrosion analogue'' model has been developed and implemented to a developed version of ''Electricité de France'' finite volume CFD tool ''Code-Saturne®'' in order to simulate both the static and dynamic development of the EDL. Moreover, a kinetic analysis of this mechanism on the EDL development has been considered to study the effect of the governing parameters on the development process. Finally, this microscopic physicochemical corrosion analogue model is compared with a developed microscopic physicochemical adsorption model using the same code.