Ségrégation par solidification en présence de convection naturelle ou forcée - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Segregation by solidification in the presence of natural or forced convection

Ségrégation par solidification en présence de convection naturelle ou forcée

Résumé

The influence of convection on the metal alloy solidification is studied, in particular, on the solute segregation. A code developed by Felicelli-Heinrich-Poirier, which calculates the velocity field of the liquid phase, the temperature, the alloy solute composition and the volume liquid fraction is used. We have implemented in the two-dimensional model electromagnetic body forces. The work consisted in achieving numerical experiments from the model by evaluating the influence of various parameters, such as the body forces, the permeability, the solute diffusion and the mesh size. We are interested mainly in the effetcs of the natural or forced convection during solidification in a case of directional solidification. We show that the action of a magnetic field, by controlling the flown changes the distribution of the solute concentration field and modifies the location of the segregation channels or freckles. The prediction of the model is sensitive to the mesh size. When the mesh size varies, the large scales remain predictable, whereas the small ones changes significantly. The diffusion in the liquid phase is generally rather weak. There are however solute boundary layers localised along the boundary of the pockets and channels where the diffusion is significant. Lastly, the comparison between FHP and the SOLID software reveals notable difference in the predictions of the segregation.
L'objet de la thèse concerne l'étude de l'influence de la convection sur la solidification d'un alliage métallique et, en particulier, sur les ségrégations du soluté. Nous avons utilisé un code développé par Felicelli-Heinrich-Poirier, qui permet de calculer les champs de vitesse de la phase liquide, la température, le champ de concentration du soluté de l'alliage et la fraction liquide. Nous avons implanté dans le modèle bidimensionnel existant des forces volumiques supplémentaires d'origine électromagnétique. Le travail a consisté à faire des expérimentations numériques en évaluant l'influence de divers paramètres, tels que les forces de volume, la perméabilité, la diffusion du soluté et la taille de la maille. Nous nous intéressons particulièrement aux effets de la convection naturelle ou forcée pendant la solidification dans un cas de solidification directionnelle. Nous montrons que l'action d'un champ magnétique, en pilotant l'écoulement, change la distribution du soluté et modifie l'emplacement des canaux de ségrégation. La prédiction du modèle est sensible à la taille de la maille. Lorsque la taille de la maille varie, les grandes échelles restent prédictables, alors que les petites échelles changent considérablement. La diffusion dans la phase liquide est généralement assez faible. Il existe cependant des couches limites localisées en bordure de poches et canaux où la diffusion est importante. Enfin, la comparaison du code FHP avec le logiciel SOLID fait apparaître des différences notables dans les prédictions des ségrégations.
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Dates et versions

tel-01339114 , version 1 (29-06-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01339114 , version 1

Citer

Mabel Medina. Ségrégation par solidification en présence de convection naturelle ou forcée. Electromagnétisme. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01339114⟩

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