Transfert thermique par rayonnement rapide et flexible pour des applications au frittage

Fast, flexible Surface to Surface thermal radiative transfer for sintering applications

• Auteur / Autrice : Rémi Gerard
• Direction : Elie Hachem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 04/07/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Assaad Zoughaib
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elie Hachem, Aurélien Larcher, Mireille Bossy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joan Baiges, Charbel Habchi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grilles (analyse numérique)

Transfert radiatif

Mots clés libres

Méthode S2S

Arbre kd

Maillage immergé

Transfert radiatif

S2S method

Kd-tree

Immersed mesh

Radiative transfert

Résumé

Une modélisation soigneuse des transferts thermiques par rayonnement est importante pour simuler correctement un grand nombre de processus industriels. Cette thèse se concentre sur la modélisation du transfert thermique par rayonnement sous certaines hypothèses: matériaux gris et homogènes, milieu non participant. Dans ce cadre, l'approche Surface to Surface a été retenue car elle permet une modélisation souple et précise de ces échanges. Nous utilisons un maillage immergé pour définir implicitement les surfaces rayonnantes par leur fonction levelset. Nous couplons le transfert radiatif avec les autres formes de transfert thermique dans une modélisation éléments finis P1. Après avoir validé notre approche sur des cas analytiques simples, nous accélérons le calcul de l'obstruction par la méthode du lancer de rayons. A cette fin, nous ordonnons les facettes rayonnantes dans un kd-tree. Pour conclure, nous montrons la capacité de montée en échelle de notre solveur en calcul parallèle et nous établissons des simulations de refroidissement de processus industriels réels.

Properly taking into account thermal radiative transfer matters a great deal to properly model numerous industrial processes. This thesis focuses on setting up a proper modelling for it in certain industrial configurations where some hypotheses are met: grey, homogeneous materials and non-transmitting medium. The Surface-to-surface approach we have chosen allows for such an accurate solving of thermal transfer. We make use of immersed meshes and implicit object definitions by the levelset function to allow for an adaptable model and an implicit definition of the radiating surfaces. We couple radiative transfer with other forms of thermal transfer in a P1 finite elements methods. After validating our model on numerous simple test cases, we set up ray tracing to accelerate obstruction computation and organize the radiating facets into a kd-tree. We conclude by ensuring our solver is highly scalable on parallel computing and show simulation cases of real industrial processes.