Comportement thermodynamique d'un bain de métal liquide soumis à un bombardement électronique

par Patrice Brun

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de René Occelli.

Soutenue en 1998

à Aix-Marseille 1 .

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  • Résumé

    Ce travail se rapporte a l'etude de la thermohydraulique des bains de metaux liquides fondus par faisceau d'electrons. Il s'agit de determiner la relation entre la thermique du bain et le debit d'evaporation. L'enjeu final consiste a trouver des conditions operatoires optimales pour maximiser les debits d'evaporation du metal. En premier lieu, mes travaux ont consiste a identifier les puits d'energie. Les principaux sont dus a la convection (thermocapillaire et thermogravitaire) renforcee par le creusement de la surface libre du metal liquide. La premiere action a consiste a reduire le creusement de la surface par un balayage adapte du faisceau electronique. Je montre dans ces conditions, que les temps caracteristiques de chauffage, de creusement et de propagation des ondes gravito-capillaires encadrent bien le temps de passage correspondant a l'optimum de debit dans les modes transitoires. Deuxiemement, j'ai fais intervenir des forces susceptibles de freiner ou de changer la morphologie de l'ecoulement. Deux solutions ont ete mises en uvre : l'application d'un champ magnetique et la mise en rotation du creuset. L'application d'un champ magnetique exterieur peut attenuer les vitesses convectives du liquide, par la creation d'un champ de force de freinage magnetique. Mais dans la configuration experimentale presentee, il altere le faisceau avant d'etre efficace. Les resultats obtenus lors de l'evaporation en creuset tournant confirment l'action benefique de ce procede sur la reduction des echanges de chaleur et l'augmentation du debit de vapeur. Cette hausse de debit de vapeur est due conjointement a un elargissement de la source emettrice de la vapeur et a une augmentation de la temperature au centre du bain. Par contre, j'observe qu'apres l'optimum du debit de vapeur, l'ecoulement en surface n'est plus axisymetrique. Mes observations laissent a penser que ces instabilites sont developpees par des ondes baroclines. La confrontation de ces resultats experimentaux a la theorie lineaire de eady donne de bons resultats.

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