Elaboration par projection plasma d'un revêtement céramique sur ...

Chapitre II : Réalisation d’un dépôt céramique par projection plasma – Revue bibliographique
B.4.1.2.1. Cas de la projection conventionnelle
Le traitement des particules comprend leur accélération et leur traitement thermique. Le
transfert de quantité de mouvement du plasma aux particules repose sur plusieurs forces [51],
[93] dont les principales sont :
La force de trainée visqueuse. Cette force peut évoluer en fonction de l’évaporation de
la particule et des effets de non continuité dans la couche limite.
La force de masse ajoutée. Elle est dépendante du volume de fluide déplacé par la
particule.
La force de thermophorèse. Elle est dépendante du gradient de température dans la
couche limite entourant la particule.
La force de gravité.
Il est admis que les forces prépondérantes sont la force de trainée [50], [107] et
éventuellement celle de gravité.
Le transfert de chaleur plasma-particule s’effectue à travers la couche limite thermique qui se
développe autour de la particule et au sein de laquelle apparaissent de forts gradients de
température (de 3000 à 10000 K). Le chauffage de la particule se produit essentiellement par
des phénomènes de convection et de conduction dans cette couche limite [108], [109], [110] ;
Ils sont caractérisés par le nombre de Nusselt Nu qui représente le coefficient de transfert de
chaleur adimensionnel plasma-particule (équation B–10) :
h ⋅ d
(B–10) Nu =
κ
où d est le diamètre de la particule et κ la conductivité thermique du gaz.
Le calcul du nombre de Biot Bi (B–11) qui compare les résistances au transfert thermique à
l'intérieur et à la surface de la particule permet de déterminer si les gradients de température
sont non-négligeables au sein de la particule :
(B–11) Bi =
où κ est la conductivité thermique moyenne du plasma dans la couche limite thermique et κp
la conductivité thermique de la particule.
Si Bi < 0,01, alors les particules sont chauffées uniformément et les gradients thermiques
internes aux particules sont négligeables.
Pour Bi > 0,01, les gradients thermiques sont significatifs [94]. Ils peuvent (cf. Figure B.4-6)
favoriser l’évaporation en surface des particules, le flux thermique apporté par le plasma
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κ
κ
p