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Modélisation et simulation de la décharge d'arc électrique en milieux poreux appliqués au fusible en moyenne tension

Equipe de recherche : Rochette D. , Clain S.*
* LMA - CNRS UMR 6620 - Univ. Blaise Pascal - 24, Av. des Landais - F63177 AUBIERE CEDEX FRANCE

Objectifs

L'étude consiste à considérer le phénomène de coupure dans les fusibles moyenne tension comme une explosion de gaz très chauds dans un milieu poreux en s'appuyant sur la dynamique des gaz. Cette approche fait appel à la modélisation d'écoulements diphasiques compressibles gaz-solide. Les aspects principaux des problèmes à traiter sont liés :

La modélisation et la mise en œuvre numérique au moyen de méthodes adaptées comme les volumes finis permet d'avoir une meilleure évaluation des grandeurs physiques caractérisant le phénomène de coupure et de mieux comprendre l'influence du sable de silice.

Phénomènes intervenant dans le mécanisme de coupure des fusibles en moyenne tension. Evolution du fluide et du sable de silice.

Sujet

Un modèle d'écoulement unidimensionnel basé sur les équations d'Euler en milieu poreux, construites sur des grandeurs homogénéisées, a été réalisé. L'interaction mécanique est représentée par le modèle de Brinkmann-Darcy-Forchheimer et les transferts thermiques sont évalués par les phénomènes de conduction et de convection. Ce modèle permet d'évaluer l'évolution du fluide (pression, température, vitesse...) en milieu poreux au cours du phénomène de coupure.

Le phénomène de coupure dans les fusibles étant assimilé à une explosion (gradients de température et de pression importants, temps rapide), ce type de modèle " classique " résolu à une échelle macroscopique donne aucune information sur la répartition d'énergie au sein des grains de silice. En conséquence, nous avons introduit un modèle à deux échelles couplant les phénomènes macroscopiques et microscopiques. Il est construit sur un modèle d'écoulement multi-espèces couplé aux lois de clôture représentant le milieu poreux et sur un modèle thermique local basé sur la formulation du principe de conservation de l'enthalpie totale du système gaz-solide.

Carte thermique des grains de silice et du plasma durant le régime d'arc.

La connaissance de la répartition de la température des grains de silice permet ainsi de maîtriser le processus de vaporisation et de recondensation des vapeurs de silice au cours du phénomène de coupure. Ce modèle permet de représenter les échanges thermiques et massiques entre les deux phases.

Evolution de la température du gaz dans le domaine fusible.

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