Plasma and Fluid Turbulence
Plasma and Fluid Turbulence

Author: A. Yoshizawa

Publisher: CRC Press

Published: 2002-11-12

Total Pages: 459

ISBN-13: 1420033697

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Theory and modelling with direct numerical simulation and experimental observations are indispensable in the understanding of the evolution of nature, in this case the theory and modelling of plasma and fluid turbulence. Plasma and Fluid Turbulence: Theory and Modelling explains modelling methodologies in depth with regard to turbulence phenomena a

Energy Transfer and Dissipation in Plasma Turbulence
Energy Transfer and Dissipation in Plasma Turbulence

Author: Yan Yang

Publisher: Springer

Published: 2019-05-02

Total Pages: 144

ISBN-13: 9811381496

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This book revisits the long-standing puzzle of cross-scale energy transfer and dissipation in plasma turbulence and introduces new perspectives based on both magnetohydrodynamic (MHD) and Vlasov models. The classical energy cascade scenario is key in explaining the heating of corona and solar wind. By employing a high-resolution hybrid (compact finite difference & WENO) scheme, the book studies the features of compressible MHD cascade in detail, for example, in order to approximate a real plasma cascade as “Kolmogorov-like” and to understand features that go beyond the usual simplified theories based on incompressible models. When approaching kinetic scales where plasma effects must be considered, it uses an elementary analysis of the Vlasov–Maxwell equations to help identify the channels through which energy transfer must be dissipated. In addition, it shows that the pressure–strain interaction is of great significance in producing internal energy. This analysis, in contrast to many other recent studies, does not make assumptions about wave-modes, instability or other specific mechanisms responsible for the dynamics – the results are direct consequences of the Vlasov–Maxwell system of equations. This is an important step toward understanding dissipation in turbulent collisionless plasma in space and astrophysics.

Modélisation des écoulements de plasmas d'arc soufflé
Modélisation des écoulements de plasmas d'arc soufflé

Author: Rodolphe Bolot

Publisher:

Published: 1999

Total Pages: 165

ISBN-13:

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Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de la maîtrise du procédé de projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé. Le développement d'un code de calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport des plasmas thermiques est réalisé dans un premier temps : les méthodes de calcul utilisées sont décrites et des résultats numériques sont présentés. Les données calculées sont utilisées dans un second temps pour permettre la détermination des champs de température et de vitesse dans les jets de plasma d'arc soufflé : l'influence de différents éléments tels que le modèle de turbulence ou la nature du gaz environnant sont mis en évidence.Le cas des jets de plasma impactants sur une surface plane est abordé dans un troisième temps : un modèle permettant la prédiction des échanges thermiques est suggéré et les flux thermiques calculés sont comparés à des résultats expérimentaux. La dernière partie est consacrée à l'étude de la projection de matériaux pulvérulents. Une approche Lagrangienne est utilisée pour simuler les interactions jet/particules. Un couplage avec l'équation de conduction de la chaleur au sein d'une particule isolée est notamment réalisé et les caractéristiques de particules en vol sont comparés à des mesures expérimentales obtenues avec un système optique. Le code de calcul PHOENICSTM est utilisé pour les calculs des écoulements de plasma.

Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique
Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique

Author: Jean Decaix

Publisher:

Published: 2012

Total Pages: 0

ISBN-13:

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La simulation des écoulements cavitants est confrontée à des difficultés de modélisation et de résolution numérique provenant des caractéristiques particulières de ces écoulements : changement de phase, gradient de masse volumique important, variation du nombre de Mach, turbulence diphasique, instationnarités. Dans cette thèse, nous nous sommes appliqués à dériver proprement le modèle de mélange homogène 1-fluide couplé à une modélisation RANS de la turbulence. A partir des termes contenus dans ces équations et de la nature des écoulements cavitants étudiés, plusieurs modèles de turbulence basés sur la notion de viscosité turbulente ont été testés : modèles faiblement non-linéaires (corrections SST et de réalisabilité), ajout des termes de turbulence compressible, application de la correction de Reboud, modèles hybrides RANS/LES (DES, SAS). Ces modèles ont été incorporés dans un code compressible qui fait appel à une résolution implicite en pas de temps dual des équations de conservation avec une technique de pré-conditionnement bas-Mach pour traiter les zones incompressibles. Les simulations 2D et 3D ont porté sur deux géométries de type Venturi caractérisées par la présence d'une poche de cavitation instationnaire due à l'existence d'un jet rentrant liquide/vapeur le long de la paroi. Elles montrent que l'ensemble des modèles sont capables de capturer le jet rentrant. En revanche, la dynamique de la poche varie entre les modèles et le manque de données expérimentales ne permet pas de discriminer les modèles entre eux. Il apparaît à la vue des résultats que les approches avec la correction de Reboud ou les modèles SAS améliorent la simulation des écoulements.

MODELISATION NUMERIQUE D'UNE TORCHE DE PROJECTION A PLASMA
MODELISATION NUMERIQUE D'UNE TORCHE DE PROJECTION A PLASMA

Author: JEAN-MARC.. BAUCHIRE

Publisher:

Published: 1997

Total Pages: 184

ISBN-13:

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CE TRAVAIL TRAITE DE LA MODELISATION MATHEMATIQUE ET NUMERIQUE D'UNE TORCHE A PLASMA A COURANT CONTINU. LE MODELE EST BASE SUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE L'HYDRODYNAMIQUE ET DE L'ELECTROMAGNETISME PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS DE PATANKAR. CES EQUATIONS SONT ECRITES EN SUPPOSANT L'EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE LOCAL, UNE SYMETRIE CYLINDRIQUE ET UN ECOULEMENT STATIONNAIRE. L'ORIGINALITE DE CES TRAVAUX RESIDE DANS LE FAIT QUE LA MODELISATION PORTE NON SEULEMENT SUR LA ZONE DE JET MAIS AUSSI SUR LA ZONE INTER-ELECTRODES. DANS LA PREMIERE PARTIE DE L'ETUDE LE REGIME DE L'ECOULEMENT EST SUPPOSE LAMINAIRE. IL EST ALORS MONTRE L'INFLUENCE DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT COMME L'INTENSITE DU COURANT D'ARC, LE DEBIT DU GAZ PLASMAGENE ET LA NATURE DU GAZ ENVIRONNANT. DANS LA DEUXIEME PARTIE, LE PHENOMENE DE TURBULENCE EST PRIS EN COMPTE A TRAVERS DIFFERENTS MODELES : LONGUEUR DE MELANGE ET K-. OUTRE LES CONSEQUENCES DE LA TURBULENCE SUR LES PROPRIETES DU JET DE PLASMA, IL EST MIS EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DES CONDITIONS AUX LIMITES ASSOCIEES A LA TURBULENCE ET LES DIFFICULTES DE LEUR APPLICABILITE. LA TROISIEME PARTIE EST CONSACREE A LA VALIDATION DU MODELE PAR DES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS AU SEIN DU LABORATOIRE ET DANS LA LITTERATURE. CETTE COMPARAISON LAISSE APPARAITRE UN ACCORD SATISFAISANT SUR LES PROFILS DE TEMPERATURE MAIS EGALEMENT LES LIMITES DU MODELE DE LA TORCHE LIEES A L'HYPOTHESE DE L'EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE LOCAL ET A LA CONDITION D'ACCROCHAGE DU PIED D'ARC ANODIQUE. LA DERNIERE PARTIE DE CETTE ETUDE EST CONSACREE A L'ETUDE, PAR LA METHODE PSI-CELL, DE L'INFLUENCE DE L'INJECTION DE PARTICULES D'ALUMINE, DE FER ET DE TUNGSTENE DANS LE JET DE PLASMA. IL EST MONTRE QUE CETTE INJECTION CONDUIT A UN REFROIDISSEMENT DU PLASMA ET QUE LE DIAMETRE ET LE DEBIT MASSIQUE DES PARTICULES INFLUENCENT FORTEMENT LES TRAJECTOIRES ET LA QUALITE DU TRAITEMENT THERMIQUE DE CES PARTICULES.

Modélisation et simulation numérique de l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour l'étude de l'activité électrique des plasmas sur avion
Modélisation et simulation numérique de l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour l'étude de l'activité électrique des plasmas sur avion

Author: Jérôme Métral

Publisher:

Published: 2002

Total Pages: 204

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Un gaz ionisé (ou plasma) présente la propriété d'absorber ou de réfléchir les ondes électromagnétiques radar, si son taux d'ionisation est suffisant. Cette propriété suscite un intérêt particulier pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. L'objectif de cette thèse est de pouvoir prédire les caractéristiques (électriques et énergétique) d'un plasma d'air faiblement ionisé dans un écoulement à pression atmosphérique. La description du plasma repose sur un modèle à deux températures, inspiré des modèles hors- équilibre thermique. L'écoulement du plasma est alors décrit par un système d'équations de l'hydrodynamique à deux températures couplé à un modèle collisionnel (description des échanges énergétiques) et à la cinétique chimique (réactions chimiques). Nous avons mis en œuvre un algorithme pour simuler le plasma en écoulement axisymétrique. Il s'agit d'un schéma numérique bidimensionnel de type Lagrange + Projection dont la phase de projection est un schéma d'ordre 2, adapté au transport multi- espèces. Cet algorithme nous permet de simuler des expérimentations sur l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour valider les paramètres du modèle. Dans une deuxième partie, nous étudions la méthode des couches absorbantes parfaitement adaptées (PML) qui constitue une condition de bord pour la simulation en milieu ouvert. Son efficacité étant reconnue pour les problèmes de propagation d'onde électromagnétique, nous nous penchons sur un moyen d'adapter cette méthode de l'aéroacoustique (équations d'Euler linéarisées). Pour cela nous présentons deux approches : une méthode simple visant à éviter les oscillations numériques, et une approche plus générale où nous définissons une nouvelle formulation de couches absorbantes qui mène à des problèmes bien posés.