Modélisation et étude expérimentale des échanges thermiques radiatifs dans les fours électriques

par Karine Cregut

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Jean-François Sacadura.


  • Résumé

    La modélisation complète, sur le plan thermique, de fours électriques industriels est une nouvelle voie d'exploration. Il s'agit de réaliser des calculs numériques sur un modèle tridimensionnel prenant en compte les échanges thermiques par conduction dans les matériaux, rayonnement entre surfaces et convection (celle-ci introduite sous forme de coefficients d'échange). Le logiciel TMG, utilisé à cette fin, a été validé, en particulier sur les calculs d'échanges radiatifs (facteurs de forme entre surfaces). La méthode développée dans ce code est élaborée et s'est avérée fiable. Une validation expérimentale sur une maquette de laboratoire montre que le code permet de bien rendre compte, en régimes permanent et transitoire, des phénomènes thermiques présents dans une enceinte chauffante tels que la conduction et le rayonnement. La modélisation d'un four électrique industriel s'est avérée possible à condition : - de simplifier les zones complexes du four à l'aide de modèles équivalents construits dans ce but, - de bien connaître les paramètres les plus influents sur les températures fournies par le modèle (conductivités thermiques, chaleurs massiques, émissivités, puissance des résistances chauffantes. . . ). Les résultats en température obtenus sont alors satisfaisants car proches des valeurs expérimentales. La réflexion menée sur la réduction et la simplification de la modélisation (en termes de maillage) nous a conduits à concevoir un modèle de plan d'émissivité équivalente, remplaçant une paroi tapissée de résistances chauffantes. Ce modèle réduit est d'un intérêt certain pour la simulation des fours électriques industriels faisant intervenir un grand nombre de mailles et ouvre la voie à de nombreuses études.

  • Titre traduit

    = Modeling and experimental study on thermal radiative beat transfers in electrical furnaces


  • Résumé

    [Full thermal modelling of industrial electrical furnaces is a new research field. In the current work, we present numerical simulations on tridimensional models, taking into account beat conduction in solids, radiative beat transfer between surfaces and beat convection by using an beat exchange coefficient. TMG software, which is used for this work, has been validated, especially with radiative calculations (view factors). This computation is sophisticate and reliable. In order to make sure of the numerical results, the simulation of a heated enclosure, is compared with experimental measurements. For steady and transient states, the model is a good approach for thermal phenomena. Modeling an industrial electrical furnace has been carried out, provided that: - complex zones of furnace are simplified by using equivalent models, - a solid knowledge of the material properties and the boundary conditions (natural convection, energy in the heating elements. . . ) is available. So, the numerical results are in good agreement with temperature measurements. Considering reduction in modeling led us to conceive an equivalent plane emissivity, thought as a replacement of a row of resistors and their back wall. This reduction model is of great interest for the simulation of furnaces and especially in models with a large number of meshes. This work is the starting point of many studies to improve such kind of modeling. ]

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  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p

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