Modèles cinétiques et hybrides fluide-cinétique pour les gaz et les plasmas hors équilibre PDF Download
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
Dans cette thèse, on s'intéresse à la modélisation et l'étude numérique de gaz et de plasmas hors équilibre. Pour modéliser de tels systèmes de particules, il existe principalement deux niveaux de description : l'échelle fluide et l'échelle cinétique. Dans le cas d'un fort déséquilibre thermodynamique du système étudié, les modèles fluides ne sont pas satisfaisants et on doit alors utiliser l'échelle cinétique. Par ailleurs, la simulation numérique de ces modèles s'avère beaucoup trop coûteuse en terme de temps CPU et de mémoire. Le but de ce travail est de proposer un modèle hybride fluide-cinétique grâce à une méthode de décomposition de domaine en vitesse. L'obtention du modèle est présentée dans le contexte des gaz raréfiés et celui plus complexe des plasmas. La méthodologie repose en partie sur la stratégie de fermeture de Levermore. Le modèle est alors discrétisé et validé numériquement. Dans une seconde partie de ce travail, une étude numérique d'un modèle purement cinétique est présentée. Un plasma collisionnel constitué d'électrons et d'ions est considéré à travers l'équation de Vlasov-Poisson-Fokker-Planck-Landau. Un schéma numérique préservant la masse et l'énergie totale est alors proposé. Cette discrétisation a permis en particulier, une étude détaillée de l'amortissement Landau.
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
Dans cette thèse, on s'intéresse à la modélisation et l'étude numérique de gaz et de plasmas hors équilibre. Pour modéliser de tels systèmes de particules, il existe principalement deux niveaux de description : l'échelle fluide et l'échelle cinétique. Dans le cas d'un fort déséquilibre thermodynamique du système étudié, les modèles fluides ne sont pas satisfaisants et on doit alors utiliser l'échelle cinétique. Par ailleurs, la simulation numérique de ces modèles s'avère beaucoup trop coûteuse en terme de temps CPU et de mémoire. Le but de ce travail est de proposer un modèle hybride fluide-cinétique grâce à une méthode de décomposition de domaine en vitesse. L'obtention du modèle est présentée dans le contexte des gaz raréfiés et celui plus complexe des plasmas. La méthodologie repose en partie sur la stratégie de fermeture de Levermore. Le modèle est alors discrétisé et validé numériquement. Dans une seconde partie de ce travail, une étude numérique d'un modèle purement cinétique est présentée. Un plasma collisionnel constitué d'électrons et d'ions est considéré à travers l'équation de Vlasov-Poisson-Fokker-Planck-Landau. Un schéma numérique préservant la masse et l'énergie totale est alors proposé. Cette discrétisation a permis en particulier, une étude détaillée de l'amortissement Landau.
Author: Bernard Held
Publisher: Elsevier Masson
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Category : Low temperature plasmas
Languages : fr
Pages : 228
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Book Description
La physique des plasmas est née de l'étude des décharges dans les gaz, durant les années 1920. Depuis, cette discipline s'est considérablement développée en raison de son intérêt scientifique et industriel. A l'équilibre thermodynamique, le plasma est considéré comme le quatrième état de la matière. Il n'apparaît dans ces conditions qu'à des températures supérieures à plusieurs dizaines de milliers de degrés et domine ainsi dans la majeure partie de l'Univers : du cœur des étoiles au centre gazeux des galaxies. Sur le plan industriel, l'étude des plasmas concourt à la mise au point de nouvelles techniques de production d'électricité (fusion thermonucléaire contrôlée) et de la matière (soudure, découpe, projection). Les gaz faiblement ionisés, auxquels est consacré cet ouvrage, sont mis en œuvre dans la réalisation de matériaux nouveaux, le traitement des surfaces, la dépollution, la génération d'ozone... Ce cours présente les mécanismes fondamentaux qui régissent les gaz ionisés, en synthétisant leurs divers aspects - statistique, quantique, cinétique, rayonnement... L'analyse microscopique du plasma conduit à la classification de ses processus élémentaires. Elle met en évidence les mécanismes individuels qui rendent compte de son comportement macroscopique. La transition du microscopique au macroscopique est assurée par la description des phénomènes de transport. Ces éléments théoriques permettent de comprendre les applications expérimentales et industrielles, en particulier des plasmas cinétiques classiques. Les étudiants de fin de 2e cycle et 3e cycle aborderont dans cet ouvrage la physique des plasmas d'un point de vue à la fois fondamental et appliqué. Les chercheurs et les ingénieurs en physique atomique et en sciences des matériaux y trouveront des rappels utiles à leurs recherches.
Author: Jérôme Métral
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Languages : fr
Pages : 204
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Un gaz ionisé (ou plasma) présente la propriété d'absorber ou de réfléchir les ondes électromagnétiques radar, si son taux d'ionisation est suffisant. Cette propriété suscite un intérêt particulier pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. L'objectif de cette thèse est de pouvoir prédire les caractéristiques (électriques et énergétique) d'un plasma d'air faiblement ionisé dans un écoulement à pression atmosphérique. La description du plasma repose sur un modèle à deux températures, inspiré des modèles hors- équilibre thermique. L'écoulement du plasma est alors décrit par un système d'équations de l'hydrodynamique à deux températures couplé à un modèle collisionnel (description des échanges énergétiques) et à la cinétique chimique (réactions chimiques). Nous avons mis en œuvre un algorithme pour simuler le plasma en écoulement axisymétrique. Il s'agit d'un schéma numérique bidimensionnel de type Lagrange + Projection dont la phase de projection est un schéma d'ordre 2, adapté au transport multi- espèces. Cet algorithme nous permet de simuler des expérimentations sur l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour valider les paramètres du modèle. Dans une deuxième partie, nous étudions la méthode des couches absorbantes parfaitement adaptées (PML) qui constitue une condition de bord pour la simulation en milieu ouvert. Son efficacité étant reconnue pour les problèmes de propagation d'onde électromagnétique, nous nous penchons sur un moyen d'adapter cette méthode de l'aéroacoustique (équations d'Euler linéarisées). Pour cela nous présentons deux approches : une méthode simple visant à éviter les oscillations numériques, et une approche plus générale où nous définissons une nouvelle formulation de couches absorbantes qui mène à des problèmes bien posés.
Author: Tatiana Alexandrova
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Languages : en
Pages : 244
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Les écoulements en détente de mélanges gazeux hors d'équilibre vibrationnel et chimique avec des réactions de dissociation et recombinaison et d'échange d'énergie de vibration sont étudiés sur la base de la théorie cinétique des gaz selon l'approche par niveau et l'approximation quasi-stationnaire. Les équations régissants de tels écoulements ont été établies pour les différentes approches et ont été résolues numériquement dans le cas des mélanges ([N2]N) et ([O2]O) pour différents profiles de tuyère. Les distributions hors d'équilibre ainsi que les paramètres macroscopiques et les taux de réaction ont été étudiés en utilisant trois approximations (modèle deux températures pour l'oscillateur harmonique et l'oscillateur anharmonique et le modèle une température) et ont été comparés avec les résultats obtenus avec l'approche par niveau. Cette comparaison montre une grande différence sur les populations ainsi que sur les taux de réaction. Des distributions fortement non boltzmannienne apparaissent conséquence des recombinaisons dans le mélange. L'influence des différentes distributions sur les paramètres macroscopiques a été estimé ainsi, par ailleurs, l'effet des processus de dissociation et de recombinaison sur les populations des niveaux vibrationnels ainsi que sur les paramètres macroscopiques dans l'écoulement dans la tuyère est montré. Les probabilités de transition vibrationnelles données par le modèle SSH ainsi que celles données par Billing ont été utilisées et conduisent des résultats différents pour les paramètres macroscopiques.
Author: Vincenzo Laporta
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Languages : en
Pages : 104
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Le "fil rouge" qui a caractérisé la plupart de ma carrière scientifique a été la détermination des sections efficaces. Le calcul et la mesure d'une section efficace permettent de connaitre en détail la dynamique d'un processus et, en même temps, d'analyser les forces qui interviennent, et donc de tester une théorie physique. Ce mémoire d'HDR porte sur les travaux que j'ai mené pendant les dernières années, dédiés à la dynamique quantique moléculaire ab initio. Ces travaux sont concentrés sur les études théoriques des processus élémentaires pour les collisions réactives à impact électronique impliquant des molécules et des ions excités vibrationnellement et rotationellement, résolus sur les états moleculaires internes. En particulier, mon travail consiste dans le calcul des sections efficaces et des coefficients de vitesse correspondant à l'excitation vibrationnelle, l'attachement dissociatif électronique, la recombinaison dissociative et l'excitation dissociative. Les résultats ont été obtenus en utilisant les codes de chimie quantique ab initio MOLPRO et UK-R-Matrix, dans les approches théoriques du modèle du potentiel complexe local, l'approximation nucléaire adiabatique et la théorie du défaut quantique. Ces résultats représentent les données d'entre pour la construction des modèles cinétiques collisionnels-radiatifs pour les plasmas moléculaires froids, "hors-équilibre", où les dégrés internes des molécules, et souvent même les électrons, ne suivent pas la distribution de Maxwell-Boltzmann et il est, donc, indispensable d'étudier les propriétés thermodynamiques dans une approche dit "état-par-état". Les applications de ces modèles sont très vastes : ils vont de l'astrochimie - la modélisation du milieu interstellaire et la formation des proto-étoiles - à l'ingénierie aérospatiale - la modélisation des flux hypersoniques et de l'onde de choc qui arrivent à la rentrée des navettes aérospatiales dans les atmosphères planétaires - et à l'énergétique - la modélisation du plasma dans les réacteurs à fusion magnétique contrôlée ou les procédés de combustion assistés par les plasmas.
Author: Ali Mahfouf
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Languages : fr
Pages : 0
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Les propriétés de transport à haute température dans les gaz et/ou dans les plasmas ont une importance capitale dans différents domaines, à savoir dans le domaine de technologie de coupure à arc, plasmas de coupure, de soudure ou de gravure. La connaissance des coefficients de transport est nécessaire pour toute modélisation faisant intervenir les équations hydrodynamiques. Dans le cadre de la théorie cinétique des gaz dilués, une solution approchée de l'équation intégro-différentielle de Boltzmann régissant les fonctions de distribution a été proposée par Chapman-Enskog. Les coefficients de transport sont calculés classiquement par la méthode de Chapman-Enskog via les intégrales de collision. Dans le cadre de notre étude nous avons développé, dans un premier temps, un code numérique permettant l'obtention de ces intégrales de collision en tenant compte des singularités qui peuvent apparaître dans le calcul des sections efficaces relatives aux interactions entre les particules constituant les gaz et/ou les plasmas. Dans un second temps nous avons étudié l'influence du choix des paramètres des potentiels d'interaction sur les coefficients de transport. Par la suite, nous avons utilisé le code numérique ainsi développé pour évaluer les coefficients de transport du plasma d'hélium en étudiant l'influence du choix de la méthode de calcul de composition chimique sur ces coefficients. Enfin, un modèle simplifié d'une interaction entre une onde électromagnétique et un plasma d'hélium a été proposé comme une application directe des coefficients de transport.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Sir John Townsend
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Category : Electric conductivity
Languages : en
Pages : 112
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Author: Thierry Passot
Publisher: American Mathematical Soc.
ISBN: 0821837230
Category : Science
Languages : en
Pages : 322
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Book Description
This book covers a variety of topics related to kinetic theory in neutral gases and magnetized plasmas, with extensions to other systems such as quantum plasmas and granular flows. A comprehensive presentation is given for the Boltzmann equations and other kinetic equations for a neutral gas, together with the derivations of compressible and incompressible fluid dynamical systems, and their rigorous justification. Several contributions are devoted to collisionless magnetized plasmas. Rigorous results concerning the well-posedness of the Vlasov-Maxwell system are presented. Special interest is devoted to asymptotic regimes where the scales of variation of the electromagnetic field are clearly separated from those associated with the gyromotion of the particles. This volume collects lectures given at the Short Course and Workshop on Kinetic Theory organized at the Fields Institute of Mathematical Sciences in Toronto during the Spring of 2004.
Author: Robert Klöfkorn
Publisher: Springer Nature
ISBN: 3030436519
Category : Computers
Languages : en
Pages : 727
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Book Description
The proceedings of the 9th conference on "Finite Volumes for Complex Applications" (Bergen, June 2020) are structured in two volumes. The first volume collects the focused invited papers, as well as the reviewed contributions from internationally leading researchers in the field of analysis of finite volume and related methods. Topics covered include convergence and stability analysis, as well as investigations of these methods from the point of view of compatibility with physical principles. Altogether, a rather comprehensive overview is given on the state of the art in the field. The properties of the methods considered in the conference give them distinguished advantages for a number of applications. These include fluid dynamics, magnetohydrodynamics, structural analysis, nuclear physics, semiconductor theory, carbon capture utilization and storage, geothermal energy and further topics. The second volume covers reviewed contributions reporting successful applications of finite volume and related methods in these fields. The finite volume method in its various forms is a space discretization technique for partial differential equations based on the fundamental physical principle of conservation. Many finite volume methods preserve further qualitative or asymptotic properties, including maximum principles, dissipativity, monotone decay of free energy, and asymptotic stability, making the finite volume methods compatible discretization methods, which preserve qualitative properties of continuous problems at the discrete level. This structural approach to the discretization of partial differential equations becomes particularly important for multiphysics and multiscale applications. The book is a valuable resource for researchers, PhD and master’s level students in numerical analysis, scientific computing and related fields such as partial differential equations, as well as engineers working in numerical modeling and simulations.
