Modélisation numérique de réacteurs plasma PDF Download
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Author: Hubert Caquineau
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Category :
Languages : fr
Pages : 205
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Book Description
DANS CE TRAVAIL, DES MODELES NUMERIQUES ONT ETE DEVELOPPES POUR SIMULER LE COMPORTEMENT DE PLUSIEURS REACTEURS CLASSIQUES DE DEPOT ASSISTE PAR PLASMA RADIOFREQUENCE. CES MODELES PRENNENT EN COMPTE LES PHENOMENES DISSOCIATIFS DUS A L'UTILISATION D'UNE DECHARGE, LES PHENOMENES DE TRANSFERT DE QUANTITE DE MOUVEMENT ET DE TRANSFERT DE MATIERE. LE PREMIER OBJECTIF DE L'AUTEUR A ETE DE REPRODUIRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DANS DEUX TYPES DE REACTEURS DE CONCEPTION TRES DIFFERENTE, DANS LE CAS DU NITRURE DE SILICIUM DEPOSE A PARTIR DE SILANE ET D'AMMONIAC. POUR CELA, UN MECANISME CHIMIQUE COMPLEXE PRENANT NOTAMMENT EN CONSIDERATION UNE FAIBLE REACTIVITE DU RADICAL TRIAMINOSILYL ET L'ABSTRACTION D'HYDROGENE SUR LES ESPECES AMINOSILICIEES STABLES, A ETE ENVISAGE. L'ANALYSE DES RESULTATS DE MODELISATION MONTRE QUE LA CONSOMMATION DU SILANE ET SES CONSEQUENCES SUR LES TAUX DE PRODUCTION DES DIFFERENTES ESPECES RADICALAIRES JOUENT UN ROLE PREPONDERANT SUR LA VITESSE DE DEPOT ET LA COMPOSITION DU MATERIAU. UNE COMPARAISON DE PLUSIEURS REACTEURS A ETE ALORS EFFECTUEE. LES REACTEURS A INJECTION DISTRIBUEE ONT ETE MONTRES COMME OFFRANT LE MEILLEUR COMPROMIS ENTRE UNIFORMITE DES DEPOTS ET DE COMPOSITION, ALORS QUE POUR DES REACTEURS A INJECTION LOCALISEE, IL EST IMPOSSIBLE D'OBTENIR DES DEPOTS D'EPAISSEUR CONSTANTE ET DE COMPOSITION VOULUE. L'INFLUENCE DES DIMENSIONS DES REACTEURS A EGALEMENT ETE ANALYSEE. PAR AILLEURS, UNE ETUDE SUR LA CHIMIE DES DECHARGES DANS LES MELANGES SILANE-PROTOXYDE D'AZOTE POUR LE DEPOT DE SILICE A ETE INITIEE. DANS CE TRAVAIL, LA MODELISATION A ETE UTILISEE SOUS TOUS CES ASPECTS. ELLE A PERMIS LA DETERMINATION D'UN MECANISME CHIMIQUE, LA COMPREHENSION DES PROCESSUS GOUVERNANT LES PROCEDES, AINSI QUE L'AIDE A LA CONCEPTION ET A L'OPTIMISATION DES PROCEDES
Author: Hubert Caquineau
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Languages : fr
Pages : 205
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Book Description
DANS CE TRAVAIL, DES MODELES NUMERIQUES ONT ETE DEVELOPPES POUR SIMULER LE COMPORTEMENT DE PLUSIEURS REACTEURS CLASSIQUES DE DEPOT ASSISTE PAR PLASMA RADIOFREQUENCE. CES MODELES PRENNENT EN COMPTE LES PHENOMENES DISSOCIATIFS DUS A L'UTILISATION D'UNE DECHARGE, LES PHENOMENES DE TRANSFERT DE QUANTITE DE MOUVEMENT ET DE TRANSFERT DE MATIERE. LE PREMIER OBJECTIF DE L'AUTEUR A ETE DE REPRODUIRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DANS DEUX TYPES DE REACTEURS DE CONCEPTION TRES DIFFERENTE, DANS LE CAS DU NITRURE DE SILICIUM DEPOSE A PARTIR DE SILANE ET D'AMMONIAC. POUR CELA, UN MECANISME CHIMIQUE COMPLEXE PRENANT NOTAMMENT EN CONSIDERATION UNE FAIBLE REACTIVITE DU RADICAL TRIAMINOSILYL ET L'ABSTRACTION D'HYDROGENE SUR LES ESPECES AMINOSILICIEES STABLES, A ETE ENVISAGE. L'ANALYSE DES RESULTATS DE MODELISATION MONTRE QUE LA CONSOMMATION DU SILANE ET SES CONSEQUENCES SUR LES TAUX DE PRODUCTION DES DIFFERENTES ESPECES RADICALAIRES JOUENT UN ROLE PREPONDERANT SUR LA VITESSE DE DEPOT ET LA COMPOSITION DU MATERIAU. UNE COMPARAISON DE PLUSIEURS REACTEURS A ETE ALORS EFFECTUEE. LES REACTEURS A INJECTION DISTRIBUEE ONT ETE MONTRES COMME OFFRANT LE MEILLEUR COMPROMIS ENTRE UNIFORMITE DES DEPOTS ET DE COMPOSITION, ALORS QUE POUR DES REACTEURS A INJECTION LOCALISEE, IL EST IMPOSSIBLE D'OBTENIR DES DEPOTS D'EPAISSEUR CONSTANTE ET DE COMPOSITION VOULUE. L'INFLUENCE DES DIMENSIONS DES REACTEURS A EGALEMENT ETE ANALYSEE. PAR AILLEURS, UNE ETUDE SUR LA CHIMIE DES DECHARGES DANS LES MELANGES SILANE-PROTOXYDE D'AZOTE POUR LE DEPOT DE SILICE A ETE INITIEE. DANS CE TRAVAIL, LA MODELISATION A ETE UTILISEE SOUS TOUS CES ASPECTS. ELLE A PERMIS LA DETERMINATION D'UN MECANISME CHIMIQUE, LA COMPREHENSION DES PROCESSUS GOUVERNANT LES PROCEDES, AINSI QUE L'AIDE A LA CONCEPTION ET A L'OPTIMISATION DES PROCEDES
Author: Alain Dollet
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Languages : fr
Pages : 253
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Book Description
UNE MODELISATION NUMERIQUE A ETE EFFECTUEE POUR SIMULER LE FONCTIONNEMENT D'UN REACTEUR ASSISTE PAR UN PLASMA RADIOFREQUENCE POUR LE DEPOT DE NITRURE DE SILICIUM DANS UN MELANGE SILANE-AMMONIAC. DES MODELES BIDIMENSIONNELS D'HYDRODYNAMIQUE ET DE TRANSFERT DE MATIERE ONT ETE MIS AU POINT POUR DETERMINER LES PROFILS DE VITESSE DU GAZ, L'EPAISSEUR ET LA COMPOSITION DES FILMS, AINSI QUE LES PROFILS DE CONCENTRATION DES DIFFERENTES ESPECES GAZEUSES. POUR L'ELABORATION DU MODELE DE TRANSFERT DE MATIERE, NOUS AVONS DU ENTREPRENDRE DES ANALYSES EXPERIMENTALES ET UNE ETUDE DE MECANISMES CHIMIQUES CONDUISANT AU DEPOT. LES TAUX DE PRODUCTION D'ESPECES ACTIVES UTILISEES DANS CE MODELE ONT ETE OBTENUS A PARTIR D'UNE MODELISATION DE DECHARGE ELECTRIQUE. LE MODELE DE TRANSFERT DE MATIERE NECESSITE UN TEMPS DE CALCUL TRES LONG, AUSSI AVONS-NOUS ELABORE UN MODELE SIMPLIFIE PERMETTANT D'OBTENIR TRES RAPIDEMENT DES RESULTATS ASSEZ PRECIS. IL EST DONC TRES UTILE POUR ETUDIER L'INFLUENCE DES PARAMETRES OPERATOIRES. LA SIMULATION D'UN REACTEUR A PLASMA PULSE A EGALEMENT ETE EFFECTUEE. A L'ISSUE DE CE TRAVAIL, NOUS AVONS PU METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DETERMINANT DES RADICAUX AMINOSILANES DANS LE PROCESSUS DE CROISSANCE DES FILMS. NOUS AVONS EGALEMENT MONTRE QUE L'EQUIPEMENT QUI A ETE ETUDIE EST MAL ADAPTE POUR LA PRODUCTION INDUSTRIELLE, ET NOUS AVONS ALORS PROPOSE UNE GEOMETRIE DE REACTEUR PLUS APPROPRIEE
Author: Fabienne Bourbon
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Languages : fr
Pages : 138
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L'évolution de la configuration magnétique et de la position du plasma dans un Tokamak peut être modélisée a l'aide d'un système d'équations dérivées partielles dérive de la m.h.d. Le probleme du contrôle de l'évolution, par des courants ou tensions dans les circuits du champ poloidal, est un probleme de contrôle optimal résolu par une technique de lagrangien. Les algorithmes de resolution sont mis en uvre dans le code numérique proteus
Author: Olivier Ducasse
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Languages : fr
Pages : 147
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Cette thèse concerne la simulation des ondes d'ionisation (streamer) créées à pression atmosphérique entre une pointe et un plan, dans les conditions expérimentales d'un réacteur corona de dépollution des gaz d'échappement. Un code informatique bidimensionnel (code 2D) a été mis au point en symétrie cylindrique. Il résout, par la méthode des volumes finis, les équations fluides de continuité relatives au bilan du nombre d'espèces chargées (électrons et ions), couplées à l'équation de Poisson pour le calcul du champ électrique. La cinétique chimique prend en compte les collisions entre espèces (ionisation, attachement, recombinaison), la photoionisation, l'effet photoélectrique à la cathode et l'émission secondaire due au bombardement ionique. La modélisation de la dynamique des particules chargées a été couplée à la modélisation de la cinétique chimique des espèces radicalaires dans le but d'estimer leur nature, localisation et densité durant la phase de décharge. Une étude a été menée tout d'abord sur l'efficacité de plusieurs schémas numériques d'ordre 2 pour la résolution de l'équation de continuité. Cet ouvrage a été réalisé dans les conditions d'un test mathématique contraignant qui génère de forts gradients de densité en mouvement dans un champ de vitesse inhomogène. Ensuite, les schémas numériques ont été appliqués à une simulation dite 1,5D de l'évolution d'un streamer. En outre, les performances du code 2D ont été comparées avec un code de type éléments finis développé à l'Université de Patras (Grèce), dans le cadre d'une collaboration interuniversitaire. La confrontation des résultats de simulation avec ceux issus de l'expérience dans le cas d'une décharge couronne pointe-plan, dans l'air et à pression atmosphérique, a notamment conduit à l'estimation de la production des radicaux atomiques durant la phase de décharge.
Author: Alan Durif
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Languages : fr
Pages : 179
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Les réacteurs de fusion thermonucléaire proposent de confiner magnétiquement un plasma dans le but d'obtenir les conditions de pression et de température favorables à la réaction de fusion pour produire de l'électricité en «quasi-continu». Cependant, le confinement est imparfait et, en raison de la configuration magnétique, les pertes d'énergétiques sont dirigées vers les parois internes du réacteur, appelées composants à face de plasma (CFPs), et en particulier dans la partie inférieure de la machine appelée divertor. Pour ITER, ces flux de particules peuvent impliquer une température de surface des CFPs de l'ordre de 2000°C cycliquement maintenue pendant des temps allant de quelques millisecondes à quelques secondes. Pour résister à de telles sollicitations, les CFPs des divertors ITER et WEST sont constitués de blocs de tungstène (W) pur utilisé comme matériau d'armure et assemblés sur un tube de refroidissement en CuCrZr (matériau de structure) dans lequel circule de l'eau. Ces CPFs doivent assurer l'intégrité mécanique des parois internes de la machine, l'extraction de la chaleur et doivent être compatibles avec les espèces chimiques en présence au sein du plasma pour ne pas compromettre son exploitation. Critique pour le fonctionnement du plasma et l'intégrité du réacteur, ces CFPs représentent l'une des principales pièces du réacteur. Ainsi, plusieurs campagnes expérimentales ont été réalisées pour valider cette technologie avant son exploitation en l'environnement tokamak. Bien que cette technologie réponde aux spécifications ITER, les composants s'endommagent au cours des cycles thermiques. Des fissures apparaissent dans le bloc de W après quelques dizaines (voire quelques centaines) de cycles thermiques à 20 MW/m2. Cette fissure se propage de la surface exposée aux flux vers le tube de refroidissement. L'apparition de cette fissure n'affecte pas immédiatement la capacité du composant à extraire la chaleur. Néanmoins, cela entraîne des problèmes d'intégrité mécanique des parois internes de la machine et pourrait limiter l'exploitation du plasma. Ainsi, afin d'optimiser leur usage en environnement tokamak, il est nécessaire d'étudier le processus d'endommagement de ces composants et d'estimer leur durée de vie en fonction des chargements thermiques attendus. Dans la littérature, plusieurs modèles numériques ont été développés et ont permis d'identifier les principaux phénomènes impliqués dans le processus d'endommagement des composants. Pour améliorer la prédiction des outils numériques existants, cette thèse a pour objectif de développer un modèle numérique capable de prendre en compte la recristallisation du W; phénomène mentionné dans la littérature comme jouant un rôle important sur la durée de vie des composants. Le modèle numérique final développé (RXMAT) est intégré au code éléments finis ANSYS. Ce nouvel outil numérique est alimenté par les cinétiques de recristallisation du W étudiées jusqu'à 1800 ° C et par les lois de comportement élasto-viscoplastique du matériau identifiées à partir d'essais expérimentaux réalisés de 500°C à 1150°C et à plusieurs vitesses de déformation.Pour la première fois, il est possible de lier numériquement l'évolution de la fraction recristallisée du W à un champ de contraintes et de déformations mécaniques. En comparant les résultats obtenus avec des études de la littérature, on montre qu'en utilisant RXMAT des déformations plastiques équivalentes 10 fois supérieures sont estimées. Ces premiers résultats laissent envisager de nombreuses applications. Celles-ci permettraient par exemple de mieux comprendre l'influence de la géométrie, des propriétés de convection et des cinétiques de recristallisation sur l'accumulation de la déformation plastique équivalente au sein du composant. RXMAT pourrait également être utilisée pour étudier le processus d'endommagement du composant exposé à un flux thermique non homogène, représentatif de l'environnement du tokamak.
Author: OLIVIER.. CHAZOT
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Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
CE TRAVAIL DE THESE PRESENTE L'ETUDE DU TRAITEMENT DE POUDRES DANS UN REACTEUR A PLASMA INDUCTIF AUX DIMENSIONS DE PILOTE INDUSTRIEL (P = 100 KW, F = 3.5 MHZ, Q = 120 L/MIN A 1 ATM). LA CARACTERISATION DU REACTEUR EST DEVELOPPEE, SUIVIE D'UNE APPLICATION PARTICULIERE AUX POUDRES DE TITANE. EN PREMIER LIEU, L'ANALYSE DE LA CINEMATIQUE DES POUDRES EST MENEE PAR DES METHODES MACROSCOPIQUES, EMPRUNTEES AU GENIE DE LA REACTION CHIMIQUE, ET PAR UNE METHODE CLASSIQUE DE MESURES DE VITESSES. L'ETUDE DES TRANSFERTS THERMIQUES PRESENTE LES BILANS CALORIMETRIQUES DANS LE REACTEUR, UNE CARTOGRAPHIE THERMIQUE DE LA DECHARGE PAR UN THERMOMETRE A YTTRIUM ETALONNE PAR MESURES SPECTROSCOPIQUES, AINSI QUE LA MODELISATION NUMERIQUE DES ECHANGES THERMIQUES PLASMA-PARTICULES. POUR CHACUN DES ASPECTS DES TECHNIQUES MACROSCOPIQUES DE DIAGNOSTICS ADAPTABLES AU MILIEU INDUSTRIEL SONT MISES EN OEUVRES. LE DERNIER POINT TRAITE DES TRANSFERTS DE MASSES SPECIFIQUES A LA PURIFICATION DU TITANE DANS UNE VUE THERMODYNAMIQUE. ON DISCUTE ALORS DES LIENS ENTRE REACTEURS, REACTIONS ET PROCEDES.
Author: Emmanouïl Panousis
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Languages : fr
Pages : 260
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Book Description
Le travail porte sur l'étude d'un plasma d'azote issu d'une décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique dans un double but : une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques gouvernant une telle décharge et son application au traitement de surface de métaux. Ici, le traitement s'effectue dans des conditions de post-décharge spatiale. Ainsi les produits de la décharge (principalement les espèces actives) sont acheminés en dehors de l'espace inter-électrodes. Cette configuration permet de traiter des pièces de grandes dimensions ou présentant des parties concaves, et d'envisager un procédé industriel en défilé. Les matériaux étudiés sont les alliages métalliques Al-2024 et TiA6V4, Le but du traitement est de rendre compatible les surfaces avec des applications de collage et de peinture. Ce travail est dirigé suivant 3 axes principaux : - Etude théorique de la décharge à barrière diélectrique par la modélisation et la simulation numérique : les résultats ici obtenus décrivent de façon qualitative le comportement électrodynamique de la décharge, permettant également d'estimer son efficacité à produire des espèces actives. - Etude expérimentale de la DBD et de la post-décharge. Les mesures électriques ont été employées pour l'étude comparative des deux réacteurs DBD utilisés. Puis, le diagnostic optique a permis d'identifier une part importante des espèces produites pendant la DBD et de "suivre" leur trajet dans la post-décharge en flux, dans deux modes distincts de fonctionnement (sortie libre ou guidage par un tube de quartz). Les mécanismes réactionnels dominants ont été identifiés et étudiés. - Application de la DBD au traitement des surfaces métalliques en conditions de post-décharge spatiale. Il a été constaté, par des moyens macroscopiques mais aussi microscopiques de caractérisation de la surface, que le traitement effectue un nettoyage de la contamination organique de la surface mais aussi une désoxydation partielle.
Author: Alexandre Douce
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Languages : fr
Pages : 208
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Book Description
L’objet de la thèse est le développement d'un modèle numérique de simulation du chauffage d'un bain métallique par plasma d'arc transféré. Cette modélisation est appliquée à la simulation d'un four expérimental de forme géométrique axisymétrique. Ce four pilote à arc transféré, de petite capacité (200kW – 2000A, 300kg de fer), est développé au laboratoire plasma d'EDF-division R & D aux renardières pour étudier les transferts thermiques dans ce type de chauffage. Le modèle permet le calcul des différents champs (vitesse, température, variables électromagnétiques) dans la région de l'arc électrique, dans le bain et dans l'électrode de sole. Les équations de Navier-Stokes couplées aux équations de l'électromagnétisme sont résolues dans chaque domaine par une méthode numérique de type volumes finis. Pour le calcul de l'arc, les transferts radiatifs sont calcules de manière à prendre en compte les forts gradients de température présents dans l'arc électrique. Le transport des vapeurs métalliques et leurs effets sur les propriétés du plasma sont également pris en compte. Un modèle unidimensionnel spécifique est utilisé pour la modélisation de la couche limite anodique au-dessus du bain, il permet de détailler les interactions arc/bain et d'assurer le couplage entre les domaines de calcul arc et bain par des conditions aux limites a l'interface. Deux configurations de fonctionnement du four sont étudiées, avec des longueurs d'arc de 0,15m et 0,25m respectivement. Les résultats sont présentés et comparés avec des mesures de flux effectuées sur le four dans des conditions similaires.
Author: National Research Council
Publisher: National Academies Press
ISBN: 0309055911
Category : Science
Languages : en
Pages : 75
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Book Description
In spite of its high cost and technical importance, plasma equipment is still largely designed empirically, with little help from computer simulation. Plasma process control is rudimentary. Optimization of plasma reactor operation, including adjustments to deal with increasingly stringent controls on plant emissions, is performed predominantly by trial and error. There is now a strong and growing economic incentive to improve on the traditional methods of plasma reactor and process design, optimization, and control. An obvious strategy for both chip manufacturers and plasma equipment suppliers is to employ large-scale modeling and simulation. The major roadblock to further development of this promising strategy is the lack of a database for the many physical and chemical processes that occur in the plasma. The data that are currently available are often scattered throughout the scientific literature, and assessments of their reliability are usually unavailable. Database Needs for Modeling and Simulation of Plasma Processing identifies strategies to add data to the existing database, to improve access to the database, and to assess the reliability of the available data. In addition to identifying the most important needs, this report assesses the experimental and theoretical/computational techniques that can be used, or must be developed, in order to begin to satisfy these needs.
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Category : Chemistry
Languages : en
Pages : 1028
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