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Effet de la convection naturelle et forcée lors des transitions de phases : Application à la croissance cristalline

Authors
  • Hamzaoui, Idir
Publication Date
Dec 19, 2019
Source
HAL-Descartes
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

L'influence de la convection naturelle lors du changement de phase solide-liquide est traitée dans ce travail de thèse. La configuration géométrique considérée tout au long de cette étude à été choisie de manière à correspondre au creuset du montage expérimental de référence 'Afrodite'. Différents modèles numériques (3D,2D et 2D1/2) ont été proposés pour traiter des cas de convection naturelle, de changement de phase solide-liquide de corps pur et de solidification avec ségrégation d'alliages métalliques. L'incapacité des modèles 2D classiques, qui ne prennent pas en considération la dissipation visqueuse induite par les parois latérales du creuset, à prédire des résultats fiables est mis en évidence. Les modèles 2D1/2 sont obtenus en moyennant les équations de conservation de la quantité de mouvement, de l'énergie et de la chaleur sur la direction transverse x_3. Lors de cette moyennation, des profils de vitesse transverse ajustables via un paramètre ‘delta’ sont supposés. Un domaine de validité, consistant en une gamme de variation des paramètres de contrôle, où ces modèles sont applicables est rigoureusement défini. Les valeurs optimales de ‘delta’, pour lesquelles les modèles 2D1/2 peuvent se substituer aux modèles 3D à la fois pour les cas de convection naturelle (intensité de l'écoulement et champs de température) et pour les cas de changement de phase solide liquide de corps purs (forme et évolution du front solide liquide), sont données sous forme d'une relation empirique. L'approche multi-domaines adoptée pour le cas de changement de phase solide-liquide de corps purs et l'approche enthalpique couplée à un modèle de ségrégation utilisée pour le cas de la solidification d'alliages métalliques binaires sont détaillées. Des comparaisons entre les résultats 2D1/2 et les résultats expérimentaux obtenus avec l'installation 'Afrodyte' lors de la formation de lingots d'étain pur et d'alliage étain-plomb sont effectuées. Une attention particulière a été consacrée à la définition de conditions aux limites représentatives des expériences. Un bon accord est trouvé entre les résultats numériques et expérimentaux.

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