Analyse des Transferts d'énergie dans l'hypothèse des plasmas à deux températures. Application aux décharges mercure à basse et haute pression
Analysis of energy transfers under the hypothesis of two-temperatures plasmas. Application to low and high pressure mercury discharges
Résumé
Ce travail est consacré à la modélisation des décharges établies dans des atmosphères de vapeurs métalliques (mercure) et de gaz rare (argon principalement), ces décharges sont stabilisées par parois. On s'est particulièrement attaché à l'étude des transferts de l'énergie dont la redistribution conditionne l'état du plasma par rapport à l'équilibre thermodynamique local. Nous avons été amenés à étudier deux cas extrêmes: les décharges mercure-gaz rare basse pression et les décharges mercure haute pression.
Le premier cas est représentatif d'une situation complètement hors de l'Equilibre Thermodynamique Local. La température des particules lourdes, qui est proche de la température ambiante, est bien inférieure à la température électronique. Nous avons, pour ces décharges, développé un modèle collisionnel-radiatif qui permet de décrire le milieu et d'extraire les informations concernant les mécanismes de transfert d'énergie et de masse dans la décharge. Nous avons comparé nos résultats numériques avec des résultats expérimentaux, obtenus au laboratoire, qui concernent les valeurs du champ électrique et de l'émission ultra-violette.
Le deuxième cas est proche de l'Equilibre Thermodynamique Local mais la température des électrons peut être légèrement supérieure à la température des particules lourdes. Nous avons évalué, à partir de l'hypothèse d'un plasma à deux températures, les déviations par rapport à la loi de Boltzmann pour les nivaux 63P du mercure et sur la fonction de distribution des vitesses électroniques.
in metal vapor (mercury) and rare gas mixtures. Our main interest is focused on the energy transfer in the discharge plasma. The thermodynamic state of the plasma is imposed by the energy redistribution in the positive column. For this reason we study two extreme cases: the low pressure mercury-rare gas discharges and the high pressure pure mercury discharges.
The low pressure discharges represent a particular case where the Local Thermodynamic Equilibrium hypotheses are no more valid. The atomic gas temperature remains close to the ambient temperature, whereas the electron temperature becomes very important. A collisional-radiative self-consistent model is developed in order to extract some informations about the discharge mechanisms. Our calculations are compared to the experimental values of the electric field strength and the Ultra-Violet emission intensities, obtained in our laboratory.
The high pressure mercury discharges are chosen to be very close to the Local Thermodynamic Equilibrium conditions. In this study we are interested by the influence of the two temperature hypothesis on the plasma parameters, namely Boltzmann decrement of the 63P mercury atomic states and the deviations on the maxwellian shape of the electron energy distribution function. Our basic assumption is that a slight difference between the electron and the atomic gas temperatures may be existent in the plasma. Whence we can apply the generalized Saha equation in order to determine the above mentioned quantities.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)