Modeling of the radiation emitted by thermal plasmas. Calculation of the radiation emitted by an ionized medium of methane in the monodimensional case

 

Modélisation du rayonnement émis par les plasmas thermiques. Calcul du rayonnement émis par un milieu ionisé de méthane dans le cas monodimensionnel

 

H. Riad1*, A. Cheddadi2, A. Gleizes3

1 Centre National de l'Energie, des Sciences et des Techniques Nucléaires (CNESTEN), 65 rue Tansift, Rabat - MAROC

2 Ecole Mohammadia d'Ingénieurs, Université Mohamed V, Avenue Ibn Sina,  B.P. 765 Agdal Rabat - MAROC

3 Centre de Physique des Plasmas et de leurs Applications de Toulouse (CPAT),

Université Paul Sabatier –118 route de Narbonne 31062 Toulouse 3 – FRANCE

* Corresponding author. E-mail: riad_ha@yahoo.fr / riad@cnesten.org.ma

Received: 31 March 2006; revised version accepted: 20 November 2007

 

Abstract

     In the electric arcs plasma, the radiation transfer is very important term of energy which taking into account in all modelling. We will present the calculation of radiation transfer in ionizing medium of methane in Local thermodynamic equilibrium (ETL) at the atmospheric pressure and the temperature range between 300 and 30 000 K. This calculation needs the following steps:

- Grey body method for different frequency bands: it is based on subdivision of the frequency spectrum in spectral bands assuming that the absorption coefficient is constant in each one band for one temperature and pressure given.

- Partial characteristics method: it treats the radiative transfer taking into account temperature gradients and the real spectrum structure.

- Calculation the radiation for one direction using the data of these approaches. This work deals with the calculation of radiative transfer and the study the results of these methods.

The data were used in arc modelling to study the emission and absorption for thermal plasmas. The results show that in cold regions for methane plasma, absorption is very important in the UV.

 

Keywords: Electric arc; Thermal plasma; Modelling; Emission; Absorption.

 

Résumé

     Dans un plasma d’arc électrique, le rayonnement constitue un terme important de perte d’énergie dont il faut tenir compte dans toute modélisation. Nous présentons le calcul du rayonnement émis suivant une direction par un milieu ionisé de méthane en équilibre thermodynamique local et à la pression atmosphérique. Ce calcul nécessite les étapes suivantes :

- Calcul des coefficients moyens d’absorption dans différentes bandes de fréquence (ou de longueur d’onde) : cette méthode est fondée sur le découpage du spectre de fréquence en plusieurs bandes spectrales en supposant qu’à l’intérieur de chaque bande, le coefficient d’absorption total est constant, pour une température et une pression données.

- Calcul des termes Som et DSim en tenant compte de la structure réelle du spectre et des gradients de température. Cette méthode est appelée méthode des caractéristiques partielles.

- Calcul du rayonnement émis suivant une direction en utilisant les données des deux méthodes précédentes. La finalité de ce travail est de comparer les résultats fournis par ces méthodes.

Les résultats montrent que la méthode du coefficient moyen d’absorption est assez séduisante car elle permet de calculer avec une précision convenable, d’une part le rayonnement émis par les régions les plus chaudes et d’autre part l’absorption du rayonnement dans les zones tièdes et froides. Aussi, elle est plus facile et rapide à mettre au point et à utiliser que celle des caractéristiques partielles.

 

Mots clés : Arc électrique ;  Plasma thermique ; Modélisation ;  Emission ; Absorption.

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