MODELLING OF HIGH INTENSITY ARCS INCLUDING A NON-EQUILIBRIUM DESCRIPTION OF THE CATHODE SHEATH

Résumé
Un modèle a été développé pour la prédiction d'arcs électriques à forte intensité et à pression atmosphérique. Le code Mélodie (différences finies orthogonales) nous a permis de résoudre le système couplé d'équations thermodynamiques et électromagnétiques incluant effet JOULE et forces de LORENTZ. Dans la colonne d'arc laminaire, les équations sont écrites en hypothèse d'équilibre thermodynamique local (E.T.L.), et avec l'approximation de la loi d'OHM. Les conditions aux limites à la cathode sont déterminées à partir d'un modèle mono-dimensionnel de couche limite cathodique en déséquilibre thermodynamique, couplé de plus avec le calcul du transfert thermique dans l'électrode solide. Les calculs menés dans le cas d'arcs libres ou d'arcs transférés dans l'argon, avec une cathode conique en tungstène, ont montré un bon accord avec les mesures.

Abstract
An axisymetric model has been developed for prediction of high intensity electric arcs under atmospheric pressure. A set of thermodynamic and electromagnetic equations, including interaction terms (JOULE effect, LORENTZ forces) is solved using the orthogonal finite difference numerical code Mélodie. Conservation equations in the laminar arc column (mass, momentum, energy and current) are written according to the local thermodynamic equilibrium (L.T.E.) assumption and the OHM law approximation. The proper boundary condition at the cathode is derived from a one-dimensional description of non-equilibrium electrode boundary layer, coupled with full computation of heat transfer in solid region (conic cathode in tungsten). Numerical calculations performed for free burning and transferred argon arcs show a good agreement with experimental data.