Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
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Soutenance de thèse INSA Lyon en cotutelle avec l’USTHB (Algérie)

Idir Hamzaoui

Jeudi 19 décembre 2019 à l’USTHB (Alger)

Idir Hamzaoui

Effet de la convection naturelle et forcée lors de la transition de phase : Application à la croissance cristalline

Résumé :
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 a été choisie de manière à correspondre au creuset du montage expérimental de référence ’AFRODITE’. Différents modèles numériques (3D, 2D et 2D½) 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 2D½ 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 moyennisation, 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 2D½ 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. Une comparaison entre les résultats 2D½ et les résultats expérimentaux obtenus avec l’installation ’Afrodyte’ lors de la formation de lingots d’étain pur et d’alliage étain-plomb est effectuée. 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.
Alliage binaire en cours de solidification : zone pâteuse à droite avec une fraction liquide entre 0.2 et 1 et zone liquide présentant un mouvement convectif à gauche.