Analyse du transfert de chaleur et de masse dans un milieu à changement de phases : application aux joints soudés

• Auteur / Autrice : Nabil Gara
• Direction : Fernand Parsy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Changement d'état (physique)

Solidification

Thermodynamique

Fusion au plasma

Matériaux -- Fissuration

Aluminium -- Alliages

Soudabilité

Acier

Soudage

Résumé

Outre la solidification et la fusion, les problemes a frontiere libre ou a frontiere mobile se rencontrent egalement lors de l'ecoulement d'un fluide dans un milieu poreux, de l'evolution d'un milieu diphasique, ou en general dans les situations ou il y a existence de phenomenes d'evaporation, de condensation, de sublimation directe et de sublimation inverse. Les problemes a frontiere libre sont egalement etudies en mecanique des milieux continus (elasto-plasticite, contraintes residuelles de diverses origines,). Les processus de fusion et de solidification sont respectivement le siege d'absorption ou de liberation d'energie au voisinage de l'interface solide-liquide. La specificite des problemes de changement de phase reside dans le fait que la frontiere est mobile au cours du temps, c'est-a-dire que les domaines solide et liquide qui se distinguent par des proprietes thermo-physiques differentes sont evolutifs. L'etude realisee dans cette these concerne la fusion engendree par un arc plasma (procede tig a electrode non consommable avec fil chaud) d'un materiau au sein de deux cavites (carree et hemispherique). Les phenomenes physiques intervenant lors de ce type de processus sont divers : deformation de la surface libre, changement de phases liquide-solide, liquide-gaz, perte d'energie et de masse, desequilibre energetique l'interaction plasma-materiaux et les mecanismes de transfert de chaleur et de masse sont etudies.

Deux modeles d'etude ont ete pris en consideration pour l'etude de la fusion locale et globale par procede tig avec electrode non consommable. L'epaisseur et la fraction solidifiees sont calculees de deux manieres differentes. Les vitesses de solidification ont ete etablies pour plusieurs regimes. Les energies et les pertes de masse par rayonnement, par evaporation et par ebullition ont ete evaluees. Une etude analytique est proposee dans le cas d'une cavite a section rectangulaire puis une solution numerique est apportee par une methode aux differences finies. Une etude adimensionnelle du probleme de la solidification, reduit a trois le nombre des parametres necessaires : bi, fo et fos.