Modélisation numérique de la génération d’un plasma d’air dans un écoulement aérodynamique
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Order to reduce the flash points in air intake of aircraft, a considered deviee consists in the partial ionisation of the air around the air intake. The aim of the thesis is to develop mathematical and numerical models in order to apprehend the main physical mechanisms which occur in the generation of air plasmas at atmospheric pressure in air flows. An asymptotic analysis of simple ionization kinetics of air flows at atmospheric pressure is first proposed. The existence of the plasma depends on the value of the flow velocity relative to a threshold value and on the existence of metastables which detach electrons from negative ions. Secondly, we were interested in the modelling of capillary discharges which allows the genera tion of a homogeneo us discharge in air at atmospheric pressure. A OD model has been made in order to understand the main physical mechanisms occurring in the discharge initiation. The numerical simulations shows the wall phenomena take an important place in the operation of the discharge. Lastly, a 2D model is developed to model a negative tip/plane corona discharge in air flows. The mode! consists of a system of non-linear convection/diffusion /reaction equations coupled with the Poisson equation. The current induced by the plasma circulation in the extemal circuit is Iinked with the potential through an ordinary differential equation in time. The numerical simulations show that when the flow velocity becomes important, a periodical formation of plasma channels carrying away by the air flow is observed
Abstract FR:
Afin de diminuer la signature radar d'une entrée d'air d'aéronef, un dispositif envisagé consiste en l'ionisation partielle de l'air au niveau de l'entrée d'air. L'objectif de la thèse est de développer des modèles mathématiques et numériques permettant de mieux appréhender les principaux mécanismes physiques intervenant dans la génération d'un plasma d'air à pression atmosphérique soumis à un vent. Une analyse asymptotique d'un modèle 0D de cinétique de création d'un plasma d'air dans un écoulement a été effectuée. Le maintien du plasma repose sur la présence des métastables: permettant de détacher des électrons d'ions négatifs et sur la vitesse de l'écoulement porteur. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au dispositif des décharges capillaires générant une décharge homogène dans l'air à pression atmosphérique. Un modèle 0D a été conçu afm de comprendre les principaux mécanismes physiques intervenant dans l'initiation de la décharge. Les simulations numériques ont montré l'importance des phénomènes aux parois. Enfin, une dernière partie est consacrée à l'élaboration et à l'étude d'un modèle numérique bidimensionnel d'une décharge continue Pointe Négative Plan dans une entrée d'air. Le modèle est constitué d'un système d'équations non-linéaires de convection/diffusion/réactions couplées à l'équation de Poisson. Le courant induit par la circulation du plasma dans le circuit extérieur est relié au potentiel par une équation différentielle ordinaire en temps. Les simulations numériques montrent que lorsque le vent devient important, la formation périodique de canaux plasmiques dérivant ensuite le long de l'écoulement porteur est observée