Contribution expérimentale en vue de valider des algorithmes d'identification et de commande de frontières mobiles. Application à la solidification dirigée

Experimental contribution to test identification and free boundary command algorithms directional solidification application

• Auteur / Autrice : Alain Sarda
• Direction : Didier Delaunay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Équations aux différences

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Résumé

Un montage expérimental stylisant le procédé industriel de solidification dirigée BRIDGMAN est réalisé. Celui-ci est utilisable pour des matériaux à changement de phase transparents. Une instrumentation minutieuse constituée de thermocouples au sein du matériau à changement de phase permet d'obtenir les champs de température dans les phases liquide et solide. On détermine la position du front de solidification dans la section médiane de la cavité par une méthode optique. Le matériau à changement de phase choisi est une paraffine, la n-hexadécane, dont la température de fusion est 18°C. Ses propriétés thermophysiques ont été déterminées par des méthodes soignées. La conductivité thermique des deux phases est constante. La chaleur latente et les chaleurs spécifiques ont été obtenues par calorimétrie différentielle à balayage. On montre les limites de précisions de cette technique. Les résultats expérimentaux mettent en évidence des échanges de chaleur par convection naturelle dans la phase liquide. On montre le développement complexe des échanges convectifs qui existent des le régime initial en absence de front de solidification. Lorsque la déformation du front de solidification est importante on peut définir un domaine liquide ou les échanges de chaleur sont régis par l'isotherme de changement de phase. Des expériences en régime permanent mettent en évidence l'influence de la paroi sur la déformation du front. Une modélisation simplifiée en mode conductif permet d'estimer les densités de flux a l'interface de changement d'état. Les résultats obtenus dans un cas particulier montrent que la convection naturelle dans le fluide modifie peu la distribution du flux de chaleur sauf a proximité des parois. Ce montage expérimental a permis de tester des algorithmes d'identification et de commande de frontières mobiles