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52 Chapitre I : Etude bibliographique
L’érosion creuse régulièrement l’anode et avec le temps le déplacement du pied d’arc
devient de plus en plus limité, ce qui accroît les phénomènes d’érosion locale. Ceci conduit
au changement de régime de fonctionnement de la torche en diminuant la tension (sans
modification de l’intensité de courant), ce qui modifie la puissance de la torche donc son
rendement thermique et les propriétés d’écoulement (vitesse et température) du plasma.
Remarque : le rendement thermique de la torche est calculé par la formule (I-30)
(I-30)
ρ=
0
U p
* I −∆T*
m*
c
U*
I
avec U la tension d’arc (V), I l’intensité de courant (A), 0
m (kg/s) le débit d’eau (m 3 /s),
cp la chaleur spécifique de l’eau (J/kg.K) et ∆T (K) l’élévation de température de l’eau
mesurée avec des thermocouples.
Les fluctuations du pied d’arc influent sur l’écoulement du jet de plasma,
principalement sur sa vitesse et sa longueur. Les fluctuations de quantité de mouvement
induites posent un énorme problème pour le traitement des particules. En effet, l’injection des
particules peut difficilement être optimisée, vu que la quantité de mouvement transmise aux
particules par le gaz porteur (temps de réponse supérieur à 0,1s) ne peut jamais être adaptée à
l’instant t à la variation de la quantité de mouvement du jet de plasma à des fréquences de
l’ordre de 5000Hz.
b) Perturbations dues à l’atmosphère environnante :
Le gaz environnant de la torche est pompé dès sa sortie de tuyère par le jet de plasma
ce qui contribue à une hétérogénéité du jet (turbulence par engouffrement de l’air ambiant
plus froid qui a une densité d’au moins un ordre de grandeur supérieure à celle du jet de
plasma). La quantité de gaz pompé augmente avec la vitesse de l’écoulement. L’énergie du
jet diminue avec la dissociation de l’oxygène à 3500K surtout en sa périphérie et ceci tend à
réduire le volume utile du jet. Ce phénomène réduit également l’efficacité du traitement
thermique subi par les particules ainsi que le transfert de quantité de mouvement. [Murphy,
1996] De plus, la dissociation de l’azote de l’air ambiant à 7000K, avec (ou accompagnée)
une réaction endothermique, contribue également au refroidissement du jet de plasma en son
cœur. Une accélération du jet augmente le pompage et donc le refroidissement.