étude expérimentale et développement d'un simulateur des phénomènes de transfert thermique dans les métaux en voie de solidification

Abstract

Les procédés industriels tels que le moulage et la coulée continue en fonderie font apparaître des écoulements avec des fronts de changement de phase liquide-solide. Leur simulation numérique nécessite la mise en oeuvre de techniques de suivi d'interfaces. Nous avons à cet effet développé un module basé sur la méthode des volumes finis, qui permet de traiter ce type d'interfaces. Le suivi des fronts de changement de phases est assuré à I'aide de deux méthodes (enthalpique et de la capacité effective moyenne), avec prise en compte d'une zone pâteuse (changement de phase anisotherme). Avec ces deux méthodes, il n’est donc pas nécessaire de recourir à une adaptation du maillage. L’effet du changement de phase sur le régime convectif est tenu en compte en employant deux méthodes : la première attribue une valeur très importante à la viscosité dans la phase solide et la deuxième simule la région pâteuse comme un milieu poreux. Pour valider le modèle numérique, une étude expérimentale de la coulée simple (moulage) des lingots cylindriques en zinc pur a été menée au sein du laboratoire de métallurgie, département de mécanique, faculté des sciences de l’ingénieur de Tlemcen. Cette étude consiste à relever l’évolution de la température des lingots en fonction du temps et de la confronter avec celle obtenue numériquement. Un bon accord a été obtenu. Le modèle est appliqué ensuite à l’étude numérique bidimensionnelle d’un procédé de coulée continue d’un alliage d’aluminium type A6063 pour déterminer l’évolution des lignes de courant, la distribution de la température et du flux de chaleur dans les différentes phases. L’effet de la vitesse de coulée sur l’évolution de l’écoulement du fluide, sur la température et le flux de chaleur surfacique a été étudié. La distribution de la température et le flux de chaleur surfacique ont été comparés avec les mesures expérimentales et les résultats numériques disponibles en littérature. Un bon accord a été obtenu.