ETUDE PHYSIQUE DE DÉCHARGES DIFFUSES À TRÈS FORTES SURTENSIONS DANS DIFFÉRENTS MÉLANGES DE GAZ

  • Doctorat
  • Orsay
Nom de l'entreprise / du laboratoire: LPGP
Encadrant: Pierre TARDIVEAU
Date de début: septembre 5, 2022

Les décharges diffuses nanosecondes induites par des surtensions extrêmement élevées dans de courts intervalles gazeux sont un
moyen important et relativement nouveau de produire des espèces actives à haute énergie dans un grand volume. Elles ont donc un
grand potentiel dans leur application pour diverses applications comme la combustion assistée par plasma. L’application d’une impulsion
de tension à temps de montée rapide de plusieurs dizaines de kilovolts par nanoseconde sur un court espace conduit à de forts champs
électriques et à des électrons à haute énergie. Ceux-ci peuvent exciter et ioniser des atomes et des molécules à des niveaux d’énergie
élevés dans un grand volume et montrer la capacité de faire de l’allumage multipoints. Cependant, les mécanismes inhérents à ces
décharges atmosphériques nanosecondes dans divers gaz, en particulier les différents processus de réactivité chimique, le processus de
photo-ionisation ou encore la création d’électrons runaway (RAE), sont très complexes et pas encore entièrement compris. Ce projet vise à
acquérir de nouvelles connaissances sur ces mécanismes physiques dans les mélanges N2-O2 en utilisant des modélisations du plasma
combinées à des expériences et des diagnostics. Des mesures électriques et d’imagerie rapide seront réalisées pour étudier les
caractéristiques des streamers induits. D’autres paramètres tels que la température du gaz, la distribution du champ électrique et
l’évolution de la densité de différentes espèces seront obtenus grâce à des diagnostics spectraux. Un modèle fluide 2D et un modèle
cinétique plasma 0D seront utilisés pour faire une comparaison directe avec les expériences, en particulier la densité d’espèces et
l’évolution du champ électrique réduit (REF) en tenant compte de multiples réactions. En outre, en modifiant le modèle existant, un modèle
de couplage multiphysique plasma-combustion sera établi de manière préliminaire, et la simulation des processus physiques pouvant
conduire une décharge diffuse nanoseconde à assurer un processus de combustion efficace sera réalisée.

Short gap nanosecond diffuse discharge with extremely high overvoltage is an important way to produce high-energy active species in a
large volume, thus it has great potential in the application of plasma-assisted combustion. The application of a steep rise time voltage
pulse of tens of kilovolts per nanosecond on a short gap leads to strong electric fields and high energy electrons, which can excite and
ionize atoms and molecules to high energy levels in a large volume and show the ability for a multi-point ignitions. However, the underlying
mechanisms in the atmospheric short gap nanosecond discharges, especially its chemical process, photoionization process, run-away
electrons(RAEs) in various gases, are very complex and not yet fully understood. This project aims to gain new insights into the physical
mechanisms in atmospheric short gap nanosecond discharges in N2-O2 mixtures using plasma modeling combined with experiments and diagnostics. Experiments with electrical and fast imaging measurements will be done to investigate streamer characteristics. Other
parameters such as gas temperature, electric field distribution, and species density evolution will be obtained through spectral diagnostics.
A 2D fluid model and a 0D plasma kinetic model will be used to make a direct comparison to the experiments, especially the specie density
and reduced electric field(REF) evolution considering multiple reactions. Besides, by modifying the existing model, a multiphysics plasmacombustion
coupling model will be preliminarily established, and the physical process simulation of short gap nanosecond diffuse
discharge in assisting combustion will be carried out.

Description détaillée:

Pour postuler, envoyez votre CV et votre lettre de motivation par e-mail à pierre.tardiveau@universite-paris-saclay.fr