Test de la nouvelle sonde enthalpique

Afin de vérifier la stabilité et la fiabilité de la sonde modifiée, les premiers tests ont été effectués sous pression atmosphérique, en projection APS. Et, de manière à mettre en évidence l’effet de pression sur les résultats obtenus par sonde enthalpique, les paramètres opératoires ont été fixés très proches de ceux retenus pour les projections VLPPS. Le Tableau III.4 synthétise ces données.

Tableau III.4 : Paramètres de projection APS

Intensité de courant 500, 600, 650 A

Pression 1 Bar

Débit Ar 40 L/min

Débit H2 0, 1, 2, 4, 6, 8 L/min

Distance de mesure 9 cm

La Figure III.16 donne une photographie de la sonde en condition de projection APS avec la nouvelle sonde.

Figure III.16 : Photographie de la sonde en condition de projection APS avec la nouvelle sonde

III.3.5 Résultats de mesure en projection APS

Des mesures ont été effectuées par sonde à la distance de 9 cm par rapport à la sortie de torche et ont permis de déduire de valeurs d’enthalpie, de température, de quantité de chaleur et de vitesse de jet plasma. Ces grandeurs ont été analysées en fonction des

débits d’hydrogène variant de 0 à 8 L/min, pour les trois intensités de courant 500 A, 600 A et 650 A respectivement.

III.3.5.1 Mesure d’enthalpie d’un jet plasma

Les évolutions de l’enthalpie sont données Figure III.17. Les évolutions sont comparables à celles obtenues précédemment avec la sonde non modifiée.

Figure III.17 : Evolution de l’enthalpie massique du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène et de l’intensité de courant

On constate dans un premier temps qu’il existe une augmentation régulière de l’enthalpie massique du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène et ce, quelle que soit la valeur de l’intensité de courant. L’enthalpie augmente d’environ 0,5 MJ/kg jusqu’à plus de 7 MJ/kg lorsque le débit d’hydrogène passe de 0 à 8 L/min. Concernant l’effet de l’intensité de courant maintenant, on s’aperçoit que les valeurs d’enthalpie semblent moins sensibles à ce changement de paramètre. En effet, une légère augmentation d’enthalpie est à noter avec au maximum un écart de 1,5 MJ/kg entre les enthalpies obtenues avec les intensités 500 et 600A. Au vu de ces évolutions, il semble malgré tout que le paramètre intensité de courant n’est pas un impact très significatif sur l’enthalpie massique du jet plasma.

III.3.5.2 Mesure de la température du jet plasma

La Figure III.18 donne l’évolution de la température du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène pour les trois intensités de courant.

Figure III.18: Evolution de la température du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène et de l’intensité de courant

L’observation de cette figure montre une augmentation de la température du jet d’environ 1200 à 5300 K avec la variation du débit d’hydrogène de 0 à 8 L/min. Cette évolution reste en accord avec l’évolution de l’enthalpie massique et avec les résultats précédemment obtenus.

L. Pershin [10] a modélisé l’évolution de l’enthalpie massique d’un plasma composé

de 8%H2-Ar sous un courant de 625 A dont la puissance de torche est 30,6 kW. La

Figure III.19 donne la relation entre l’enthalpie massique et la température du plasma. Lorsque la température est inférieure à 8000 K, l’enthalpie massique est inférieure à 10 MJ/k, ce qui reste en accord avec les valeurs mesurées. .

Figure III.19 : Relation entre enthalpie massique et température : résultats issus de modélisation pour trois plasmas Ar, Ar+ H2 et CO2 + CH4 en projection APS

III.3.5.3 Mesure de la quantité de chaleur

La Figure III.20 présente l’évolution de la quantité de chaleur par seconde présente dans le jet plasma en fonction du débit d’hydrogène pour les trois intensités de courant.

Figure III.20 : Evolution de la quantité de chaleur du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène et de l’intensité de courant

On remarque, comme pour les deux autres paramètres enthalpie massique et température, une plus forte dépendance de la quantité de chaleur par seconde avec l’augmentation de débit d'hydrogène de 0 à 8 L/min qu’avec l’intensité de courant de

minimale à environ 1000 J/s pour la valeur maximale lorsque le débit augmente de 0 à 8 L/min.

En conclusion, le diagnostic avec la sonde modifiée est fiable, les résultats sont proches de ceux obtenus lors des détections antérieures, Tableau III.5.

Tableau III.5 : Les pourcentages d’écarts entre les deux résultats

Distance= 9 cm Sonde initiale Sonde modifiée Pourcentages d’écarts H (Mj/kg) 5,08 6,31 19,4 % T（K） 3341 3100 7 % I=500A, Ar/H2 40/8 L/min _{Q （J/s） 765 704 7,9 %} H (Mj/kg) 6,67 7,38 9,6 % T（K） 4035 4250 5 % I=600A, Ar/H2 40/8 L/min _{Q （J/s） 821 850 3,4 %} H (Mj/kg) 7.05 7.73 8,7 % T（K） 4694 4500 4,1 % I=650A, Ar/H2 40/8 L/min _{Q （J/s） 852 863 1,3 %}

III.3.5.4 Mesure de la vitesse d’un jet plasma

L’évolution des vitesses en fonction du débit d’hydrogène et pour les trois intensités est finalement présentée sur la Figure III.21.

Figure III.21 : Evolution de la vitesse du jet plasma en fonction du débit d’hydrogène et de l’intensité de courant

Cette vitesse, très faible 190 m/s et identique pour les différentes intensités et un débit d’hydrogène nul, augmente largement lorsque le débit d’hydrogène dépasse 1 L/min. En effet, à partir de cette valeur de débit, les vitesses montrent une augmentation de plus de 100 m/s et croissent continument avec l’augmentation du débit d’hydrogène pour atteindre une valeur maximale de 330 m/s. On remarque par ailleurs, que l’augmentation de l’intensité de courant provoque une augmentation de cette vitesse de l’ordre de 10%.

La Figure III.22 donne les vitesses d’un jet plasma composé de 9%H2-Ar

correspondant à une puissance de torche de 30 kW, résultats obtenues par T. Zhang etc. [11]. Les vitesses s’échelonnent entre 140-340 m/s ce qui est dans la fourchette de nos résultats.

Figure III.22 : Vitesse axiale du plasma obtenue par simulation en fonction de la distance par rapport à la sortie de torche