Modélisation de la dynamique d'un arc électrique dans différentes conditions d'environnement

Modeling electrical arc dynamics under different thermophysical conditions

• Auteur / Autrice : Fatiha Ouchar
• Direction : Anouar Soufiani
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EM2C - Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec (2015-....)

Mots clés

Mots clés libres

Domaine Aéronautique

Basse pression

Modélisation MHD

Simulation numérique

Plasma d'arc électrique

Electrical arc plasma

Numerical simulationslation

MHD modeling

Low pressure

Aeronautic field

Arc radiation

Résumé

Dans le domaine de l'aéronautique, deux types d'arcs peuvent être rencontrés : - Les arcs dits de coupure, observés lors de l'ouverture de contacts de puissance et nécessaire à la configuration et la protection de la distribution électrique du réseau. - Les arcs dits de défaut (qu'ils soient série ou parallèle) dont les conséquences sont synonymes d'endommagement majeurs des dispositifs ou des structures. Jusqu'à présent, il n'existait pas de verrou technologique associé à l'un ou l'autre de ces phénomènes pour les niveaux de tension et courant traditionnellement utilisés en aéronautique. Désormais, les travaux engagés par Safran visent à proposer de nouvelles chaînes de distribution électriques hybridées ou tout électrique dont les puissances envisagées viendront perturber ce paradigme. Jusqu'à aujourd'hui, la modélisation de ces phénomènes électriques (arcs de défaut et arc de coupure) n'accompagne pas ou peu les designs. Désormais, les risques et les contraintes imposés par les spécifications des aéronefs deviennent prédominants au point de chercher à maîtriser plus finement le défaut. Les objectifs du travail proposé sont de développer un outil de modélisation de l'arc électrique prenant en compte son environnement afin de l'intégrer dans le design des composants impactés volontairement par un arc de coupure ou involontairement par un arc de défaut. Il s'agira de développer des modèles fiables décrivant la dynamique d'un arc électrique, et la possibilité de son extinction, dans différentes conditions de pression, de température, et de composition du mélange gazeux, notamment à basse pression. Le modèle développé sera de type magnéto-hydro-dynamique (MHD) impliquant un couplage entre les équations de l'électromagnétisme, les équations de bilan de masse, de quantité de mouvement et d'énergie, ainsi que le transport d'énergie par rayonnement.

In the field of aeronautics, two types of arcs can be encountered: - The so-called breaking arcs, observed during the opening of power contacts and necessary for the configuration and protection of the electrical distribution of the network. - So-called fault arcs (whether series or parallel) whose consequences are synonymous with major damage to devices or structures. Until now, there was no technological barrier associated with one or other of these phenomena for the voltage and current levels traditionally used in aeronautics. From now on, the work undertaken by Safran aims to propose new hybridized or all-electric electric distribution chains whose powers envisaged will disrupt this paradigm. Until today, the modeling of these electrical phenomena (fault arcs and breaking arcs) has not or little accompanied the designs. From now on, the risks and constraints imposed by the specifications of the aircraft become predominant to the point of seeking to control the defect more finely. The objectives of the proposed work are to develop a tool for modeling the electric arc taking into account its environment in order to integrate it into the design of components impacted voluntarily by a breaking arc or involuntarily by a fault arc. The aim will be to develop reliable models describing the dynamics of an electric arc, and the possibility of its extinction, under different conditions of pressure, temperature, and composition of the gas mixture, in particular at low pressure. The model developed will be of the magneto-hydro-dynamic (MHD) type involving a coupling between the equations of electromagnetism, the equations of mass balance, momentum and energy, as well as the transport of energy by radiation. .