EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF POWDER VAPORIZATION UNDER THERMAL PLASMA CONDITIONS

Résumé
Cet article présente une étude expérimentale, par spectroscopie d'émission, de l'évaporation d'un grain isolé traité dans un jet de plasma d'arc. La température dans le nuage de vapeur qui se développe autour du grain est déterminée à partir du rapport d'intensité de 2 raies mesurées simultanément. Le rayon du nuage de vapeur est déduit de la mesure de la vitesse des grains au même point de mesure par anémomètre laser et la concentration des atomes métalliques est calculée à partir du profil d'intensité d'une raie en supposant connue la température. Une étude numérique menée en parallèle de l'étude expérimentale permet de prédire le chauffage et l'évaporation d'une particule isolée (sphérique) immergée dans un plasma infini au repos. Les résultats présentés concernent des grains de fer traités dans un jet de plasma argon-hydrogène.

Abstract
For a basic understanding of the interaction of thermal plasmas with powders, a technique based on emission spectroscopy to investigate the vapour cloud surrounding a single particulate has been developed. The temperature within this "diffusion zone" is determined by the intensity ratio of two lines simultaneously measured. Its radius is deduced from the measurement of particulate velocity by laser doppler anemometry and the vapour concentration is calculated from the line intensity profile, once temperature is known. A specific computer algorithm of data acquisition and signal treatement allows systematic measurements. Parallel to the experimental study, a model has been developed to predict the heating and the vaporization of a single particulate (assumed to be spherical) immersed in an infinite stagnant plasma. In a first approximation, thermodynamical equilibrium at the particulate surface is assumed. Results on iron particulates injected in an argon - hydrogen dc plasma jets are presented.