Modélisation des écoulements de plasmas d'arc soufflé : Application à la projection de matériaux pulvérulents

The present study is devoted to the modeling of plasma spray process.Firstly, a Gibbs free energy minimization method is first used in order to determine thermodynamic properties of thermal plasmas. Transport coefficients are then deduced from kinetic theory of gases. Some numerical results are proposed.In a second step, calculated data are used in order to determine temperature and velocity fields in plasma jets and the influence of different parameters such as the turbulence model or the surrounding gas nature is shown.In a third step, the case of a plasma jet impinging on a flat plate is studied. In view of the comparison between thermal exchanges predictions and measurements taken from the literature, the proposed model seems to be able to describe impinging plasma jets successfully.The last part of the study deals with the spray of powder materials. A Lagrangian model is used for the simulation of jet/particles interactions. In the model, allowance is made for non-continuum effect, vaporization effect, internal heat conduction within particles as well as the effect of highly variable properties in the boundary layer around particles. Predictions of in-flight particles characteristics are compared with measurements obtained using an optical sensing device.The PHOENICS™ computational fluid dynamic code is used for plasma flows calculations.Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de la maîtrise du procédé de projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé.Le développement d'un code de calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport des plasmas thermiques est réalisé dans un premier temps : les méthodes de calcul utilisées sont décrites et des résultats numériques sont présentés.Les données calculées sont utilisées dans un second temps pour permettre la détermination des champs de température et de vitesse dans les jets de plasma d'arc soufflé : l'influence de différents éléments tels que le modèle de turbulence ou la nature du gaz environnant sont mis en évidence.Le cas des jets de plasma impactant sur une surface plane est abordé dans un troisième temps : un modèle permettant la prédiction des échanges thermiques est suggéré et les flux thermiques calculés sont comparés à des résultats expérimentaux.La dernière partie est consacrée à l'étude de la projection de matériaux pulvérulents. Une approche Lagrangienne est utilisée pour simuler les interactions jet/particules. Un couplage avec l'équation de conduction de la chaleur au sein d'une particule isolée est notamment réalisé et les caractéristiques de particules en vol sont comparées à des mesures expérimentales obtenues avec un système optique.Le code de calcul PHOENICS™ est utilisé pour les calculs des écoulements de plasma