Etude numerique de la convection naturelle dans un milieu en solidification

Numerical study of natural convection in solidification process

• Auteur / Autrice : CLAUDE MESJASZ
• Direction : Yves Lecointe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

Cette these a pour principal objectif la modelisation du procede de solidification dirigee de type bridgman. Le processus de changement de phase evolue en fonction des conditions aux limites thermiques qui dependent du temps. Le materiau de l'etude s'apparente a de la paraffine (n-hexadecane) dont le nombre de prandtl est eleve. Une attention particuliere est portee sur les transferts thermiques au sein du fluide. La cavite liquide est soumise a des phenomenes de convection naturelle dans un milieu mobile. La progression du front de solidification depend des flux de chaleur resultants entre le bain fondu et le solide. Les techniques numeriques de calcul se basent sur une methode de suivi de front. Le maillage est genere automatiquement et s'adapte aux evolutions des frontieres de l'enceinte. Les equations de navier-stokes instationnaires sont traitees par une methode de volume fini. Le couplage vitesse-pression est resolu a l'aide de l'algorithme simplec. Pour simuler la progression du front de solidification et le deplacement des nuds sur la grille, une methode explicite est utilisee. Ce travail est divise en trois parties. Dans la premiere, la convection naturelle est etudiee dans des cavites de formes differentes. Par la suite, les calculs sont adaptes a la configuration d'une enceinte qui se deforme au cours du temps. Enfin, le processus de transformation d'etat est simule. Dans chaque partie, le flux de chaleur traversant la region inferieure est detaille. L'impact des transferts thermiques convectifs sur le processus de changement de phase est mis en valeur.