Améliorations des méthodes de calcul du transfert radiatif dans des plasmas thermiques : application au SF6

摘要

A cause de sa forte dépendance géométrique et spectrale, la prise en compte du rayonnement et du transfert radiatif dans les modèles se fait à travers des méthodes approchées. Pour valider leur utilisation et apporter d'éventuelles améliorations, nous confrontons ces méthodes à un calcul " exact ". Dans ce travail, nous décrivons finement le spectre d'un plasma de SF6 avec près de 300000 points en fréquence (ou longueur d'onde). A partir de ce découpage, nous avons calculé la divergence du flux radiatif soit à partir de la méthode approchée du coefficient d'émission nette (CEN) basée sur une simplification géométrique du plasma, soit à partir de coefficients moyens d'absorption (CMA) obtenus après découpage du spectre en 7 intervalles spectraux pour lesquels le rayonnement est supposé invariant avec la fréquence dans chacun d'entre eux, soit à partir d'un calcul " exact " correspondant à la résolution directe de l'équation du transfert radiatif. Nous avons également calculé le flux radiatif à partir des deux dernières méthodes, le coefficient d'émission nette ne permettant pas le calcul de cette grandeur. Les différentes étapes de calcul y sont présentées mettant en évidence l'influence de certains paramètres comme le nombre de points utilisés pour discrétiser le spectre, l'erreur commise lors de l'utilisation du facteur de fuite revenant à négliger le chevauchement des raies, les largeurs des raies à considérer pour le calcul des profils correspondant, le nombre de directions à prendre en compte dans le calcul de la divergence du flux radiatif...Pour la détermination des coefficients moyens d'absorption, plusieurs moyennes ont été testées: moyenne de Planck, moyenne de Rosseland et moyenne classique. Les calculs ont été réalisés pour des configurations simples (1D, 2D et 3D) simulant un plasma cylindrique dont la température ne varie qu'en fonction du rayon. Une grande partie de ce travail porte sur la comparaison des résultats obtenus par le calcul " exact " avec ceux déduits des différentes approchées dans le but de valider leur utilisation ainsi que leur précision. L'analyse des résultats obtenus nous amène à définir de nouveaux intervalles spectraux et de nouvelles moyennes comme par exemple la combinaison de la moyenne de Planck et de la moyenne classique. Cette étude a été effectuée pour unplasma de SF6 utilisé dans les disjoncteurs à haute tension, mais pourrait être généralisée pour tout plasma thermique à condition que l'équilibre thermodynamique local soit réalisé.