Stage en laboratoire optimisation de l'écoulement d'un mélange propane-air soumis à un arc électrique h/f

Stage de M2 : Optimisation de l'écoulement d'un mélange propane-air soumis à un arc électrique

Thématique(s) concernée(s)
- Mécanique des fluides
- Systèmes Électriques
Contexte scientifique
- Présentation de l'Equipe AEPPT
L'équipe Arc Electrique et Procédés Plasmas Thermiques caractérise les plasmas en présence d'arc électrique depuis de nombreuses années. Ces caractérisations sont réalisées par le biais de développements de modèles et d'expérimentations associées. Ces deux approches viennent se compléter et aider à l'interprétation des résultats observés, à la compréhension du comportement du milieu et à l'optimisation des designs des dispositifs faisant intervenir du plasma thermique. Les expérimentations sont réalisées au sein de notre équipe ou chez nos partenaires. En complément, afin de mettre en place les modélisations ou de remonter aux grandeurs expérimentales telles que la température ou la pression, certaines données de base sont nécessaires. Une compétence en calcul de compositions pour des gaz et mélanges de gaz en incluant la physique nécessaire pour la prise en compte de pressions élevées (Corrections de Debye et de Viriel) a donc été développée.
- Contexte et enjeux :
Ce sujet s'inscrit dans le cadre d'un partenariat entre la société Rêves de feu et l'équipe AEPPT du laboratoire Laplace. L'équipe AEPPT étudie, caractérise et optimise les procédés industriels basés sur des écoulements gazeux en présence d'un arc électrique conduisant le plus souvent à la création d'un plasma thermique. Dans le cadre de ce stage, elle collabore avec la société Rêves de feu en partageant ses compétences en simulation hydrodynamique et essais expérimentaux. La Société Rêves de feu se donne pour mission de créer des machines à effets de flammes pour le spectacle. Elle cherche à se distinguer par une R&D pointue et vise des effets à l'esthétique unique et maîtrisée pour ses projecteurs.
- Objectifs techniques et scientifiques :
La technologie adoptée par Rêves de feu pour créer ses flammes consiste à projeter du propane sous pression par une électrovanne pourvue d'une buse. Ce jet rencontre un arc électrique produit par des impulsions de haute tension entre deux électrodes. L'intense chaleur de l'arc initie la combustion du jet de propane. Dans le projecteur en cours de développement, les flammes sont projetées horizontalement. La convection naturelle les fait remonter. Rêves de feu souhaiterait diminuer cet effet et diriger les flammes vers l'avant de l'appareil. Il ne s'agit pas non plus de les rigidifier de manière trop importante (ce qui conduirait à des flammes d'aspect similaire à celles des chalumeaux). Un compromis entre la réduction de la convection naturelle vers le haut et le maintien d'une certaine « forme », contribuant significativement à l'esthétique des flammes, est recherché. Pour ce faire il est proposé au stagiaire de modéliser, au moyen des outils de CFD (Computationnal Fluid Dynamic) utilisés par l'équipe, une géométrie de tuyère et de buse. La simulation prendra également en compte les aspects physiques. Au cours du stage et selon les résultats de CFD, des prototypes seront réalisés et testés pour assurer l'accord expérience-modélisation et améliorer la forme des flammes.
Déroulé du stage
1. Notion de base sur calcul des propriétés et détermination ou revue bibliographique de celles du propane.
2. Aide à la détermination des caractéristiques expérimentales : débit, pression d'injection, fraction de mélange propane/air, température des flammes.
1. Campagne d'imagerie sur banc d'essai en conditions réelles.
2. Familiarisation avec les outils 3D CFD de l'équipe.
3. Modélisations de la géométrie actuelle et d'autres géométries.
4. Validation expérimentale du modèle.
5. En se basant sur la bibliographie, détermination d'une géométrie pour limiter la convection ascendante des flammes.
6. Simulation des performances de la solution imaginée, éventuellement selon délais, essais expérimentaux.
7. Rédaction du rapport de stage et conclusions.
Modalités
Financement : indemnité légale de stage
Début de stage : dès que possible
Lieux du stage :
- Laboratoire LAPLACE, Equipe AEPPT, Université Paul Sabatier
118 route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 9
- Roselab, La Cité, 55 Avenue Louis Bréguet, 31400 Toulouse
Profil recherché
Étudiant(e) Master 2 ou d'Ecole d'Ingénieur dans les domaines de la Physique, des Plasmas, de la Mécanique des fluides, de la simulation multi-physique. Appétence pour les essais expérimentaux.
Connaissances requises
Mécanique des fluides - Physique fondamentale
Responsables
- Pierre FRETON -
- Sébastien CHABERT -

Équipe de recherche
Arcs Electriques et Procédés Plasmas Thermiques du Laboratoire Laplace.
Possibilité de poursuite en thèse
Oui, sur sujets à définir.
Dates de stage
Stage de 5 mois pouvant commencer dès que possible.