Simulation numérique des écoulements de Poiseuille-Rayleigh-Bénard : application aux procédés de fabrication de couches minces par CVD

par Abderrahmane Benzaoui

Thèse de doctorat en Energétique et génie des procédés. Informatique, modélisation, communication, simulation

Sous la direction de Guy Lauriat et de Xavier Nicolas.

Soutenue en 2006

à l'Université de Marne-la-Vallée .

mots clés

• Fluides, Dynamique des
• Chaleur -- Convection
• Simulation par ordinateur

Résumé

Nous proposons une étude numérique des écoulements de Poiseuille-Rayleigh-Bénard (convection mixte en canal rectangulaire horizontal chauffé par le bas). Nous étudions en particulier les régimes de rouleaux longitudinaux et sinueux. Nous montrons que les rouleaux sinueux sont très peu observés expérimentalement car ils sont convectivement instables vis-à-vis des rouleaux longitudinaux. Nous analysons finement l’influence d’excitations mécaniques sinusoïdales et aléatoires sur le développement et la dynamique des rouleaux sinueux. L’effet de ces régimes thermoconvectifs sur la forme des dépôts dans les réacteurs rectangulaires de CVD thermiques est étudié. Nous montrons que la présence de régimes de rouleaux sinueux ou chaotiques dans ces réacteurs permet d’améliorer l’uniformité des dépôts obtenus. Cette étude est réalisée à l’aide d’un code numérique 3D résolvant les équations de Navier-Stokes, pour un mélange binaire, avec une condition de paroi réactive pour simuler les dépôts

Titre traduit

Numerical simulation of Poiseuille-Rayleigh-Bénard flows : application to thin film deposition process by CVD

Résumé

We propose a numerical study of Poiseuille-Rayleigh-Bénard flows (mixed convection in horizontal rectangular channel heated from below). We study in particular the longitudinal and wavy thermoconvective roll patterns. We show that wavy rolls are rarely observed in experiments because they are a convective instability of longitudinal rolls. We finely analyse the influence of sinusoidal and random mechanical excitations on the development and on the dynamic of the wavy rolls. The influence of these thermoconvective flows on the shape of the deposited films in the rectangular thermal CVD reactors is studied. We show that the presence of the wavy or chaotic roll patterns in these reactors improve the uniformity of the deposited film. This study is carried out using a numerical code that solves the 3D Navier-Stokes equations, for a binary mixture, with a reactive wall condition to simulate the depositions