Maîtrise de la thermique des fours de maintien en fonderie

Heat transfer control of a holding furnace in foundry

• Auteur / Autrice : Thomas Loussouarn
• Direction : Denis Maillet, Benjamin Rémy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 02/02/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Battaglia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Maillet, Jérôme Idier, Jean-Laurent Gardarein, Marie-Laurence Giorgi, Manuel Girault, Diane Dan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Idier, Philippe Le Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moulage à la cire perdue

Modélisation électrothermique

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Thermique

Fours à induction

Fours métallurgiques

Mots clés libres

Modèle détaillé

Modèle réduit

Modèle paramétrique ARX

Problèmes inverses

Induction

Transfert de chaleur

Rayonnement

Conduction

Haute température

Mesures

Numerical model

Reduced model

Parametric model ARX

Inverse problem

Induction

Heat transfer

Radiation

Conduction

High temperature

Measurements

Résumé

Les fours de maintien à induction sous vide sont utilisés pour la fabrication d'aubes de turbine à l'aide du procédé de fonderie à cire perdue. La maîtrise de la thermique de ce dernier est primordiale afin d'assurer la qualité de la production. Ce travail est composé de 3 grandes parties : la modélisation détaillée du four, la modélisation réduite et l'expérience. Un four axisymétrique et sa charge ont été modélisés numériquement à l'aide des logiciels FlexPDE et COMSOL Multiphysics. Ces modèles utilisent en entrée la puissance consommée par les inducteurs et fournissent en sortie la température en tout point du module de chauffe et de la charge. Les modèles réduits étudiés sont des modèles physiques dit convolutifs (enthalpique (0D), analytique de dimension 1 (1D)) et paramétrique de type AutoRégressifs avec variables eXogènes (ARX). Les modèles ARX ont été comparés aux modèles convolutifs (procédures d'identification, puis de validation, de modèles). L'objectif est d'accéder à des températures en certains points du four sans présence d'un capteur physique local (capteur virtuel). Les modélisations détaillées et réduites ont été comparées à des expériences réalisées sur four de production. Cette dernière partie n'est pas décrite dans ce mémoire

Vacuum holding induction furnaces are used for the manufacturing of turbine blades by loss wax foundry process. Heat transfer control in a holding furnace is crucial to ensure the quality of manufacturing. This work has 3 major parts, which are the detailed modelling, reduced modelling and experiments. An axyisymmetric furnace and its load have been numerically modelled using FlexPDE and COMSOL Multiphysics, finite element codes. Modelling takes as inputs the electric power consumed by inductors and gives the temperature field in the heating module. The studied reduced models are phyisical convolutive models (enthalpic (0D), 1 dimension analytical (1D)) and parametric like AutoRegressive with eXogeneous inputs (ARX). ARX models have been compared to convolutive models (identification, validation). The goal is to get temperatures in the heating module without local presence of physical sensors (virtual sensor). Detailed and reduced models have been compared to experiments on the furnace. This last part is not described in this document