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Modélisation et validation expérimentale des réacteurs corona utilisés pour la dépollution des gaz – REMOVAL

Plasma Removal

Modélisation et validation expérimentale des réacteurs corona utilisés pour la dépollution des gaz

Simulation 3D validée expérimentalement des réacteurs plasmas corona

L’objectif principal du projet « Plasma ReMoVal » est la mise au point et la validation expérimentale d’un logiciel 3Dxyz de simulation des réacteurs corona plasmas froids hors équilibre à la pression atmosphérique (PA) utilisés pour la dépollution des effluents gazeux. Le logiciel permettra d’orienter le design de ces réacteurs dans le but d’augmenter leur efficacité au meilleur coût et fournira des informations indispensables au couplage plasma/catalyse dans la mesure où le mélange gazeux présent au contact des sites catalytiques pourra être identifié et où la production d’espèces adaptées aux réactions hétérogènes pourra être maximisée.

Le projet regroupe 3 partenaires : Le LAPLACE, le GREMI et SUPELEC

Le programme de travail s'appuie sur cinq tâches principales:

Tâche n°1 : Modélisation 3Dxyz des micro-décharges arborescentes couplant les phénomènes électriques, chimiques, thermiques et hydrodynamiques.

Tâche n°2 : Modélisation 3Dxyz sous FLUENT de l’écoulement réactif non stationnaire dans les réacteurs corona activés par décharges corona

Tâche n°3 : Réalisation de deux réacteurs témoins (mono pointe et multi pointes alignées plan) instrumentés et utilisés pour la mise au point et la validation des modèles 3D des phases décharge et post-décharge. Analyse électrique, optique (Z-pinch, LIF, TALIF, EOS) et chimique.

Tâche n°4 : Réalisation d’un réacteur corona de dépollution de type fil-cylindre fonctionnant dans des conditions de débit et de température proche des conditions réelles d’utilisation industrielles. Test de la capacité de prédiction du logiciel dans des conditions d’utilisation autres que celles des réacteurs témoins.

Tâche n°5 : Compilation et la détermination des données de base et le choix optimum des réactions et des espèces chimiques.

en cours de réalisation

en cours de réalisation

en cours de réalisation

L’objectif principal du projet « Plasma ReMoVal » est la mise au point et la validation expérimentale d’un logiciel 3Dxyz de simulation des réacteurs corona plasmas froids hors équilibre à la pression atmosphérique (PA) utilisés pour la dépollution des effluents gazeux. Le logiciel permettra d’orienter le design de ces réacteurs dans le but d’augmenter leur efficacité au meilleur coût et fournira des informations indispensables au couplage plasma/catalyse dans la mesure où le mélange gazeux présent au contact des sites catalytiques pourra être identifié et où la production d’espèces adaptées aux réactions hétérogènes pourra être maximisée. La phase de décharge arborescente est modélisée en 3Dxyz jusqu’à la centaine de nanosecondes grâce à l’utilisation des techniques de calcul massivement parallèle. Le modèle de la décharge intègre le couplage des modèles électro-hydrodynamique, chimique et de dynamique du gaz. Les effets des transferts de quantité de mouvement espèces chargées-neutres ainsi que la relaxation des états vibrationnels en énergie thermique sont pris en compte. Les cartographies des termes sources de densité de radicaux, de transfert de quantité de mouvement et thermique obtenues par le modèle de la phase de décharge, servent de données locales d’entrée dans un logiciel 3D commercial (FLUENT) d’écoulement réactif activé par décharges coronne. La mise au point et la validation du logiciel se fait sur des réacteurs témoins (mono pointe et multi pointes plan) remplis d’air humide (N2, O2, H2O) à la température ambiante et à la pression de vapeur saturante. Ces réacteurs témoins sont alimentés sous tension impulsionnelle dans le but de favoriser la synchronisation des outils de diagnostic rapides avec le déclenchement des décharges électriques. L’étude du potentiel prédictif du logiciel est faite sur des réacteurs spécifiques développés dans le cadre du projet et fonctionnant dans des conditions proches de celles rencontrées dans l’industrie. Les paramètres d’étude sont la composition et la température du gaz, la géométrie des réacteurs (type pointe-plan et fil-cylindre), le choix du polluant (C3H6 avec ou sans NO), le débit de gaz et la fréquence de répétition des décharges. Une attention particulière sera portée sur la mise en œuvre et l’utilisation d’un outil de diagnostic permettant de mesurer, par absorption d’un rayonnement large bande issu d’une source Z-pinch, les densités absolues d’espèces réactives aussi bien durant les phases de décharge et que post-décharge. Enfin, les moyens théoriques et expérimentaux sont développés pour déterminer les données de base nécessaire à la modélisation. Ces données concernent plus spécifiquement les coefficients de transport et de réaction des électrons et des ions polyatomiques (Cluster) dans les mélanges humiques ainsi que la cinétique réactionnelle des molécules majoritaires (tel que N2 par exemple) sur leurs états d’excitation vibrationnelle et métastable.

Coordination du projet

olivier EICHWALD (Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie) – eichwald@laplace.univ-tlse.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

GREMI Groupe de Recherches sur l'Energétique des Milieux Ionisés
SUPELEC Département Energie
LAPLACE Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie

Aide de l'ANR 489 743 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 48 Mois

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