Solidification d'un matériau binaire sur une paroi horizontale en présence de convection forcée

par Boubaker Feroual

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Christine Benard.


  • Résumé

    Ce travail de recherche constitue une contribution aux études expérimentales de la solidification des matériaux binaires. Nous avons, dans un premier temps, réalisé une étude préliminaire du problème du contrôle de la surfusion initiale, précédant le déclenchement de la solidification, en utilisant le mélange NA2CO3- H2O. Cette étude a montré que cette surfusion n'est contrôlable que dans certaines conditions de température particulières. Ensuite, nous avons conçu et réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier l'évolution du front de solidification du mélange NH 4Cl -H2O en présence d'un courant de convection forcée dont nous contrôlons la concentration, la température et le débit. La solidification a lieu autour d'un échangeur froid place horizontalement au milieu de la cellule expérimentale. Nous avons utilisé trois mélanges dont les concentrations (fractions massiques) en NH 4Cl valent respectivement 0%, 4% et 8%. Avec les expériences à 0%, réalisées à des cinétiques différentes, nous avons pu avoir une estimation expérimentale du coefficient d'échange convectif entre la phase liquide et la phase solide en formation. Nos estimations de la température du front ont révélé l'importance du sous-refroidissement, occasionné par la surfusion initiale, dans l'évolution de la position du front au cours des premiers instants de la solidification. La comparaison des expériences réalisées avec des concentrations différentes, et dans des conditions thermiques comparables, ont mis en évidence l'effet de la surfusion constitutionnelle sur la croissance du front. Cette dernière est d'autant plus faible que la surfusion constitutionnelle est importante, ce qui correspond à une concentration initiale plus élevée. Par ailleurs, nous avons mis en évidence, par ombroscopie, le rejet de soluté au niveau du front inferieur de solidification et son effet sur la croissance dans cette région. Enfin, nous avons vu l'importance de la cinétique de solidification dans le piégeage du soluté dans la phase solide. L'analyse expérimentale développée dans ce travail de recherche a nécessité l'établissement d'un modèle simple qui permette de décrire l'évolution du front de solidification. Les résultats numériques de ce modèle ont permis de confirmer, d'une part, le rôle du sous-refroidissement dans la croissance initiale et, d'autre part, le ralentissement de la croissance du front due à la surfusion constitutionnelle.

  • Titre traduit

    Solidification of a binary alloy on a horizontal surface, with a forced convection in the liquid part


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Informations

  • Détails : 1 vol. (262 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 68 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 59822
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