Etude et modelisation de l'effet thermocapillaire, application a la refusion des metaux refractaires

par Christophe Avare

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Y. FAUTRELLE.

Soutenue en 1994

à l'INP GRENOBLE .


  • Résumé

    Les variations de la tension superficielle avec la temperature, ou effet marangoni ou thermocapillaire, generent des ecoulements qui peuvent etre tres importants, notamment dans les procedes de refusion par bombardement electronique des metaux refractaires et superalliages. L'etude de ces ecoulements lorsque le flux energetique est important a ete conduite a l'aide d'un modele analytique permettant de caracteriser les grandeurs principales (temperature et vitesse) au point d'impact et d'une etude parametrique concernant la structure globale de l'ecoulement. Les predictions de ces modeles ont ete verifiees a l'aide de simulations numeriques utilisant une formulation tensorielle generalisee des equations de navier-stokes et integrees par la methode des volumes finis adaptee aux maillages non orthogonaux. L'algorithme scgs (symmetric coupled gauss-siedel) est prefere aux methodes de type simple pour calculer la pression et verifier la conservation de la masse. L'application de ce modele aux ecoulements laminaires obtenus avec du mercure et un faisceau de quelques watts met en evidence un controle du champ de temperature par les forces de convection thermogravitaire et du champ de vitesse par l'effet thermocapillaire. L'extension de cette etude au cas industriel de la fusion du titane (faisceau de 50 kw) necessite la prise en compte de la turbulence par un modele type k-epsilon et des pertes thermiques par rayonnement et evaporation. L'accent est mis sur l'evolution des debits d'evaporation en fonction de la densite de puissance et montre un phenomene de saturation qui est confirme par l'experience


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Informations

  • Détails : 130 P.
  • Annexes : 42 REF.

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