Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 18, Numéro 1, janvier 1983
Page(s) 51 - 66
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0198300180105100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 18, 51-66 (1983)
DOI: 10.1051/rphysap:0198300180105100

Influence des potentiels d'intéraction sur les propriétés de transport des plasmas thermiques : exemple d'application le plasma argon hydrogène à la pression atmosphérique

J. Aubreton et P. Fauchais

Equipe Thermodynamique, Céramiques Nouvelles, LA 320, Université de Limoges, 123, Avenue Albert Thomas, 87060 Limoges Cedex, France


Abstract
After a brief presentation of the calculation methods of the transport properties for a thermal plasma at atmospheric pressure, we present in the first part of this paper the most frequently used and most recent expressions of the interaction potentials between the different types of particles (atoms, ions, molecules) and we indicate those with calculated collision integral tables. The second part deals with the application of such calculations to the argon-hydrogen mixture. The collision integrals are determined from selected interaction potentials or from transfer cross-sections. The plasma composition (in LTE) is calculated at atmospheric pressure by the free energy minimization procedure and for temperatures varying from 500 K to 15 000 K. The transport properties (dynamic viscosity, thermal and electrical conductivity) are calculated for five values of the H2/(H2 + Ar) ratio : from pure hydrogen to pure argon by 25 % incrementation. In the computer program, data (collision integrals and partition functions) have been expressed as polynomial forms. At last, our results are compared to those of the literature.


Résumé
Après un rappel sur le calcul de la composition du plasma et sur la méthode d'évaluation des propriétés de transport, nous consacrons un paragraphe aux formes du potentiel d'interaction entre particules (atomes, ions, molécules) les plus souvent utilisées dans la littérature et nous indiquons celles pour lesquelles des tables permettent l'obtention des intégrales de collision. La deuxième partie porte sur l'application de ces calculs aux mélanges argon-hydrogène pour lesquels nous sélectionnons, dans la littérature, les potentiels d'interactions ou les sections efficaces de transfert nécessaires à la détermination des intégrales de collision. La composition du plasma est calculée par minimisation de l'énergie libre de Gibbs à l'équilibre thermodynamique complet, à la pression atmosphérique et pour une température variant de 500 K à 15 000 K. Les propriétés de transport (viscosité, conductibilité thermique et conductivité électrique) sont alors obtenues pour cinq valeurs du rapport H2/(H2 + Ar) : de l'hydrogène pur à l'argon pur par saut de 25 %. Les données (intégrales de collision et fonctions de partition) sont introduites dans le programme sous forme de polynomes. Finalement, nos résultats sont comparés avec ceux de la littérature.

PACS
5110 - Kinetic and transport theory of gases.
5220 - Elementary processes in plasma.
5225F - Plasma transport properties.

Key words
argon -- hydrogen -- plasma collision processes -- plasma transport processes -- thermal conductivity -- potential interaction -- transport properties -- thermal plasmas -- Ar H mixture -- atmospheric pressure -- calculation methods -- particles -- calculated collision integral tables -- transfer cross sections -- free energy minimization procedure -- dynamic viscosity -- electrical conductivity -- computer program -- polynomial forms