Simulation numérique de la propagation d'une décharge dans un plasma sur maillage non stucturés adaptés dynamiquement

Numerical simulation of streamer propagation on unstructured dynamically adapted grids

• Auteur / Autrice : Jan Karel
• Direction : Fayssal Benkhaldoun, Jaroslav Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 02/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université technique tchèque. Faculté de Génie nucléaire et de Sciences de l'ingénieur (Prague)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Analyse, géométrie et applications (LAGA) (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Halpern
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jiří Fürst, Jan Halama, Richard Liska
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Bourdon, Philippe Helluy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décharges électriques

Haute tension

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Adaptation de maillage

Mesh adaptation

Résumé

L'objectif de cette thèse est la simulation numérique de la propagation d'une décharge électrique dans un champ électrique à haute tension. Un modèle minimal est utilisé pour la description de la physique. Le modèle consiste en un modèle d'équations de convection-diffusion-réaction de particules électrique couplé à l'équation de Poisson pour le potentiel électrique. Nous simulons la propagation d'une décharge en 3D, qui présente des ramifications causées par des perturbations locales dans le champ électrique. Nous avons mis en oeuvre une méthode basée sur l'adaptation dynamique de maillages pour la simulation numérique. Les propriétés de la méthode sont testées d'abord sur un simple problème analogue en 2D. Cette approche a été suffisante pour le développement de la méthode, même si en 2D le problème est d'un type différent (décharge plane), et cela a permis une transition simple au vrai problème 3D.

Tato dizertační práce se zabývá numerickou simulací propagace streameru (elektrický výbojve vysokonapět'ovém elektrickém poli). Pro popis streameru je použit minimální model, který se skládá ze soustavy transportních rovnic pro elektricky nabité částice spárovaných s Poissonovou rovnicí pro elektrický potenciál. V práci simulujeme obecný pohyb streameru ve 3D. Tento obecný pohyb je prezentován rozvětvením streameru, kterého se dosáhne pomocí lokálních poruch v elektrickem poli. Pro numerickou simulaci streameru jsme vyvinuli meto du založenou na dynamické adaptaci síte, jejíž vlastnosti byly otestováný na jednodušších problé-mech ve 2D (menší časová náročnost). I když jde o jiný typ problému (rovinný výboj), pro vývoj metody je dostatečný a umožňuje snadný přechod do 3D.

The aim of this thesis is a numerical simulation of a streamer propagation (electric discharge in a high voltage electric field). The minimal model is used for the streamer description. The model consists of a system of convection-diffusion-reaction equations for electric particles coupled with Poisson’s equation for an electric potential. We simulate a general streamer motion in 3D which is presented by streamer branching. It is caused by local disturbances in the electric field. We have developed a method based on a dynamically adaptation of grids for the simulation. The properties of the method are tested on simpler problems in 2D (less time consuming). This approach is sufficient for the development of the method even if it is different type of problem (planar discharge) and it allows a simple transition to 3D.