Etude des écarts à l’équilibre thermique dans les plasmas d’arc

Abstract

Dans certaines conditions les plasmas considérés comme thermiques, peuvent présenter certains écarts à l’équilibre qui se manifestent de deux façons: déséquilibre thermique qui conduit à des plasmas « à deux températures » dans lesquels la température des électrons est supérieure à celle des particules lourdes car le transfert d’énergie par collisions élastiques entre ces deux catégories manque d’efficacité; déséquilibre chimique dû soit à la présence de réactions non réversibles (transitions radiatives en particulier), soit à l’existence de réactions qui mettent en jeu les électrons dans un sens mais pas dans l’autre sens. La partie la plus importante dans ce travail concerne le calcul de la composition du plasma en fonction de paramètres tels que les températures des particules et la pression. Dans le cas des plasmas à l’équilibre thermodynamique, la méthode de la minimisation de l’enthalpie libre est employée. pour cela une banque de données thermodynamiques, nécessitant le calcul des fonctions de partitions de chaque espèces prise en compte, est constituée. Dans le cas des plasmas hors d’équilibre thermique, l’enthalpie libre totale est établie en associant une température à chaque degré de liberté. Les fonctions de partition des espèces diatomiques doivent alors être modifiées. Cette méthode de calcul permet plusieurs hypothèses sur les températures internes : rotation, vibration, et excitation électronique.Under certain conditions the thermal plasmas considered, may be some discrepancies in the balance manifested in two ways: thermal imbalance that leads to plasma "two temperatures" in which the electron temperature is higher than for heavy particles energy transfer by elastic collisions between these two categories inefficiencies; chemical imbalance is due to the presence of non-reversible reactions (radiative transitions in particular) or the existence of reactions that involve electrons in a direction, but not in the other direction. The most important part of this work concerns the calculation of the composition of the plasma parameters such as particle temperatures and pressure. In the case of the plasmas in equilibrium thermodynamics, the method of Gibbs energy minimization is used. For this a library of thermodynamic data, requiring the calculation of functions of each species sheets taken into account, is formed. In the case of non-thermal equilibrium plasmas, the total enthalpy is determined by associating a temperature at each degree of freedom. The partition functions of diatomic species must be changed. This method makes several assumptions about the internal temperatures: rotational, vibrational, and electronic excitation.