Modélisation numérique magnéto-thermique avec prise en compte du transfert radiatif dans les procédés d'élaboration des verres par induction en creuset froid

Numerical magneto-thermal modeling with consideration of radiative transfer in elaboration processes of glasses in cold crucible induction

• Auteur / Autrice : Denis Saumabere
• Direction : Annie Gagnoud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique physique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Élaboration par procédés magnétiques (Grenoble1979-2006)

Mots clés

Mots clés libres

Sciences appliquees

Industries chimiques et parachimiques

Verre

Fabrication

Four verre

Four induction creuset

A froid

Transfert chaleur

Transfert radiatif

Propriete electromagnetique

Propriete thermique

Simulation numerique

Methode ordonnee discrete

Glass

Manufacturing

Glass furnace

Crucible induction furnace

Cold process

Heat transfer

Radiative transfer

Electromagnetic properties

Thermal properties

Numerical simulation

Discrete ordinate method

Résumé

Le procédé d'élaboration par induction en creuset froid appliqué aux verres présente d'incomparables avantages liés à l’absence de contact entre le verre fondu, matériau très réactif, et la paroi du creuset. La mise au point de tels procédés se révèle complexe et délicate. La modélisation numérique est alors un outil d'analyse et d’extrapolation indispensable. L’analyse des phénomènes physiques intervenant dans le procédé étudié fait apparaître une forte variation des propriétés physiques du verre en fonction de la température et de la composition, une forte interaction entre les phénomènes électromagnétique et thermique ainsi que l'apparition d’une source thermique supplémentaire dans le cas des verres dits semi-transparents due au transfert radiatif. Le mémoire présente, après une étude bibliographique sur les différentes méthodes permettant de modéliser le transfert radiatif, la modélisation de ce phénomène par une méthode des ordonnées discrètes en éléments finis. Le couplage des phénomènes électromagnétique et thermique avec prise en compte du transfert radiatif est réalisé. La forte interdépendance de ces trois phénomènes est modélisée. De plus pour chacun des phénomènes modélisés la méthode numérique la mieux adaptée est choisie. Une validation du modèle thermique avec transfert radiatif est effectuée par la comparaison avec des exemples trouvés dans la littérature. Une campagne de mettre sur prototype industriel a été réalisée permettant une première validation du modèle magnétothermique avec transfert radiatif

The cold crucible induction process applied to glasses presents incomparable advantages related to the absence of contact between the molten glass, highly reactive material, and the crucible wall. The development of such methods is complex and delicate. Numerical modeling is a tool for analysis and extrapolation. Analysis of physical phenomena existing in the studied method shows a wide variation in physical properties of the glass depending on both temperature and composition, a strong interaction between the electromagnetic and thermal phenomena and the occurrence of a heat source further in the case of semi-transparent glasses due to radiative transfer. The thesis presents, after a bibliographic study on different methods to model the radiative transfer, a model of this phenomenon by a discrete method of based on finite elements. The coupling of electromagnetic and thermal phenomena taking into account radiative transfer is made. The strong interdependence of these three phenomena is modeled. In addition to each of the modeled phenomena the most appropriate numerical method is chosen. A validation of the model with thermal radiative transfer is done by comparison with examples found in the literature. A campaign on industrial prototype is carried out for a first validation of the model with thermo-magnetic radiation transfer