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Les forces en electrohydrodynamiqueAtten, Pierre 12 November 1969 (has links) (PDF)
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Évolution statistique des caractéristiques électriques des décharges Sparks dans les liquides diélectriquesDorval, Audren 08 1900 (has links)
Ce mémoire est la conclusion d'une maîtrise en double diplomation internationale entre
l'université Toulouse 3 Paul Sabatier en France et l'université de Montréal au Canada. Le but de
cette collaboration est la meilleure compréhension des décharges Sparks dans les liquides diélectriques, ainsi que des phénomènes qui y sont liés.
La première partie du projet de recherche, effectuée à Toulouse au laboratoire LAPLACE,
s'est concentrée sur l’influence du matériau des électrodes sur le comportement de la décharge,
en particulier les caractéristiques courant-tension et la dynamique de la bulle de cavitation via
imagerie rapide. Cette partie de travail est incluse dans ce mémoire sous forme d’une Annexe, et
nous focalisons l’attention du lecteur uniquement sur les travaux réalisés dans la deuxième partie.
En effet, en utilisant une source impulsionnelle de tension, nous avons étudié l’évolution statistique des caractéristiques électriques des décharges Sparks dans différents liquides diélectriques
et sous différentes conditions expérimentales, qu'elles soient électriques, géométriques, ou bien
liées aux matériaux utilisés. Après une préparation minutieuse des conditions d’une expérience
donnée, les impulsions de haute tension ont été appliquées et les caractéristiques des décharges
ont été enregistrées. Les enregistrements des caractéristiques électriques, dès la première dé-
charge jusqu’à un moment où il n’est plus possible d’avoir des décharges, ont été analysés à l’aide
d’un algorithme afin de remonter aux propriétés de chaque décharge, soient la probabilité que la
décharge ait eu lieu, la tension de claquage, le courant de décharge, la charge injectée, l’énergie
injectée, etc. L’évolution temporelle de ces paramètres ont révélé certaines informations extrê-
mement utiles pour les considérer dans les procédés qui utilisent les décharges Sparks dans les
liquides à haute répétition, en particulier dans la synthèse de nanomatériaux. / This thesis is the conclusion of a master's degree in an international double graduation
between Université Toulouse Paul Sabatier in France and Université de Montréal in Canada. The
aim of this collaboration is to better understand the operation of Spark discharges in dielectric
liquids, as well as other phenomena linked to it.
The first part of this research project, conducted at Toulouse, LAPLACE laboratory, was
focused on the influence of the electrode material on the discharge behaviour, in particular the
current and voltage waveform and the dynamic of a cavitation bubble monitored with fast imaging technique. This part of the work is included in the thesis as an Annex to focus the reader’s
attention only on the work realized in Montréal. Indeed, using a high voltage pulser, we studied
the statistical evolution of the electrical characteristics of Sparks discharges in different dielectric
liquids and under various experimental conditions, whether they are electrical, geometrical, or
related to the material of utilized electrode. After a fine preparation of the conditions for one
experience, the high voltage pulses were applied, and discharges were occurred. The acquisition
of the discharge electrical characteristics, from the first one to the last one, were analyzed using
a home-made algorithm to access the properties of every discharge, i.e. the probability of discharge occurrence, the breakdown voltage, the discharge current, the injected charge, the injected energy, etc. The temporal evolution of those parameters revealed some extremely useful
trends to be considered in the processes utilizing in-liquid Spark discharges at high repetition rate,
such as in nanomaterial synthesis.
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Modélisation 2D de l’évolution temporelle d’un streamer en interaction avec un liquide diélectrique à pression atmosphériqueOuali, Anthony 08 1900 (has links)
Ce mémoire signe la fin de ma maîtrise dans le cadre du master Sciences et Technologies
des Plasmas (STP), à l’Université Paul Sabatier de Toulouse, en partenariat avec l’Univer-
sité de Montréal dans le cadre d’une double diplomation. L’objectif de cette double tutelle,
portée par Ahmad Hamdan à Montréal et Flavien Valensi à Toulouse, est l’étude d’une
décharge streamer en interaction avec une goutte d’eau au moyen du développement d’un
modèle numérique. La goutte est positionnée entre deux électrodes pointes, le tout, sur un
support en Téflon.
Pour ce faire un modèle fluide permettant de suivre l’évolution spatio-temporelle des élec-
trons, des ions positifs et des ions négatifs a été construit en python. L’équation dérive-
diffusion est résolue, en 2D, pour chaque espèce, ainsi que l’équation de Poisson afin d’obtenir
le champ électrique dans tout le domaine de calcul. Les coefficients de transport sont tabulés
en fonction du champ électrique réduit dans l’hypothèse d’équilibre avec le champ électrique
local. La photoionisation, jouant un rôle important pour la propagation du streamer positif
à pression atmosphérique, a également était prise en compte au travers de la résolution de
trois équations d’Helmholtz.
Le modèle a été validé en comparant le terme source par impact électronique, supposé pro-
portionnel à l’émission lumineuse, obtenu numériquement, à la lumière émise par la décharge
enregistrée expérimentalement dans le domaine visible à l’aide d’une caméra ICCD. La dy-
namique de la décharge a pu être étudiée grâce à l’évolution spatio-temporelle du champ
électrique, de la densité électronique et de la densité de charge d’espace.
L’influence de la constante diélectrique de la goutte sur la dynamique de la décharge a été
ensuite étudiée. La répartition spatiale du champ électrique étant modifiée par le diélec-
trique, son influence sur la décharge est importante. La vitesse de propagation des streamers
est diminuée lorsque la permittivité de la goutte diminue ainsi que la valeur de la densité
électronique dans le canal conducteur une fois formé.
Enfin, l’angle de contact entre la goutte et le Téflon a été modifié. Les résultats ainsi obte-
nus permettent de prédire le comportement de la décharge sur des géométries pouvant être
rencontrées dans différentes situations expérimentales / This thesis marks the completion of my Master’s degree in the framework of the Plasma
Sciences and Technologies (STP) program at the Paul Sabatier University of Toulouse, in
partnership with the University of Montreal for a dual degree. The objective of this joint
supervision, led by Ahmad Hamdan in Montreal and Flavien Valensi in Toulouse, is to study
a streamer discharge interacting with a water droplet through the development of a numer-
ical model. The droplet is positioned between two pointed electrodes, all placed on a Teflon
substrate.
To achieve this, a fluid model capable of tracking the spatiotemporal evolution of electrons,
positive ions, and negative ions was constructed in Python. The drift-diffusion equation is
solved in 2D for each species, along with the Poisson equation to obtain the electric field
throughout the computational domain. Transport coefficients are tabulated as a function of
the reduced electric field, assuming local equilibrium with the electric field. Photoionization,
which plays a significant role in the propagation of positive streamers at atmospheric pres-
sure, is also taken into account through the solution of three Helmholtz equations.
The model was validated by comparing the source term due to electron impact, assumed
to be proportional to the emitted light, obtained numerically, with the light emitted by the
discharge recorded experimentally in the visible range using an ICCD camera. The discharge
dynamics were studied through the spatiotemporal evolution of the electric field, electron
density, and space charge density.
The influence of the dielectric constant of the droplet on the discharge dynamics was then
investigated. The spatial distribution of the electric field is modified by the dielectric, thus
having a significant impact on the discharge. The streamer propagation velocity is reduced
when the permittivity of the droplet decreases, as well as the value of the electron density
within the formed conductive channel.
Lastly, the contact angle between the droplet and Teflon was modified. The obtained re-
sults allow predicting the behavior of the discharge on geometries encountered in different
experimental situations.
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Contribution to numerical simulation of electrohydrodynamics flows : application to electro-convection and electro-thermo-convection between two parallel plates / Contribution à la simulation numérique d'écoulements électrohydrodynamiques : application à l'électro-convection et l'électro-thermo-convection entre deux plans parallèlesWu, Jian 17 September 2012 (has links)
Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche pour la simulation numérique des phénomènes électroconvectifs et électro-therrno-convectifs. La principale difficulté réside dans la détermination du champ électrique et de la distribution de densité volurnique de charges électriques. Dans cette approche, des schémas de type TVD (Total Variation Dirninishing) et IDC (ImprovedDeferred Correction) sont utilisées dans la discrétisation des flux convectifs et diffusifs par la méthode des volumes finis. La première partie de cette thèse présente certains aspects numériques liés à l'implémentation de ces schémas. Une approche unifiée pour les schémas convectifs TVD de type borné à haute résolution est présentée et diverses fonctions limiteur sont comparées. Dans une deuxième partie, l'électro-convection entre deux plaques parallèles est simulée. La méthodologie a étéévaluée et validée par la détermination des Critères de stabilité linéaire et non linéaire. Les différents scenarii d'évolution du développement de cette instabilité électroconvective vers l'état chaotique ont été définis. L'effet du mécanisme de diffusion la densité volumique de charge sur la boucle d'hystérésis et sur la structure de l'écoulement est étudié. L'influence du rapport d'aspect de la cavité est analysé. Enfin dans une dernière partie, nous étudions l'électro-thermo-convection lorsque le fluide est soumis simultanément à une injection unipolaire et à un gradient thermique. L'augmentation des transferts de chaleur a été caractérisée. / In this thesis, a numerical approach is presented to simulate the electro- and electro-thermo convection in dielectric liquids. The total variation diminishing (TVD) scheme and improved deferred correction (IDC) scheme are used to compute the convective and diffusive respectively. The aim of TVD scheme is to avoid non-physical oscillations and to capture high gradient of charge density. Some fundarnental aspects related to TVD and LDC schemes are investigated firstly. A unified approach for TVD schemes is explained and various limiter functions are compared. The connection among three methods for diffusive flux computation has been revealed. The original IDC scheme is improved by the application of 2nd order gradient evaluation method.The electro-convection between two parallel plates is then simulated. The methodology was assessed by the determination of the linear and nonlinear stability criterion. By continuously increasing the driving parameter, the successive instabilities and route to chaotic state has been defined. The effects of the diffusion mechanism for the charge density and vertical walls on the hysteresis 100p and the structure are also investigated. The last part is to simuiate electro-thermo-convection when injection and thermal gradient are simultaneously applied. Our solver was verified with a stationary and an overstable stability problem.The case that both heating and injection are from a bottom electrode has been analyzed in details. The neutral stabiliïy curve was reproduced. The existence of nonlinear phenornenon and the structure are highlighted.
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