Modélisation numérique d'interfaces dans les métaux liquides - Application à la solidification - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Numerical modeling of interfaces in liquid metals - Application to the solidification

Modélisation numérique d'interfaces dans les métaux liquides - Application à la solidification

Résumé

One of the challenges for metallurgical community is to taken into account in a fie way the physics close to interfaces, as solidification fronts, for which the determination of the shape of particular importance. For the phase change of a pure element in the presence of natural convection, we propose a set of approaches to improve the understanding of phenomena near interfaces. Laminar Navier-Stokes solver working with unstructured finite volumes has been developed - with a pressure correction type method. We present the choices of construction, based on a passive scalar transport equation, for which an upstream not oscillating system of the second order is involved. This scheme offers a good compromise between velocity, accuracy and absolute absence of oscillations. An enthalpy method allowing to finely locate the solidification front within a mesh was established. Following this fine positioning of the interface, we propose a method of automatic mesh refinement using a distance function, called "level-set function". Refinement has, by construction, the continuity characteristics of the cutting. This function, which gives the signed distance to an interface, allows us to envisage boundary layer refinements, on both sides of the front, with criteria of mesh sizes directly related to distances of the physical characteristics and the field (typically solid or liquid) which owns the mesh.
Un des enjeux pour la communauté métallurgique est la prise en compte fine de la physique proche des interfaces, et en particulier les fronts de solidification, pour lesquels la détermination de la forme revêt une importance particulière. Dans le cadre du changement de phase du corps pur sous convection naturelle, nous proposons ici un ensemble d’approches visant à améliorer la compréhension des phénomènes à proximité des interfaces. Un solver Navier-Stokes laminaire en volumes finis non structurés a été développé – avec des méthodes de type correction de pression. Nous en présentons ici les choix de construction, basés sur l’équation de transport du scalaire passif, pour laquelle un schéma amont du second ordre non oscillant a été mis à contribution. Ce schéma offre un bon compromis entre rapidité, précision absolue et absence d’oscillations. Une méthode enthalpique qui permet de situer finement le front de solidification à l’intérieur d’une maille a été mise en place. Suite au positionnement fin de l’interface, nous proposons une méthode de raffinement automatique de maillage à l’aide d’une fonction distance, la « level-set function ». Le raffinement possède, par construction, des caractéristiques de continuité du découpage. Cette fonction, qui donne la distance signée à une interface, permet d’envisager des raffinements en couche limite, de part et d’autre du front, avec des critères de tailles de mailles directement liés à des distances caractéristiques de la physique et au domaine (typiquement solide ou liquide) auquel appartient la maille.
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Dates et versions

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  • HAL Id : tel-01340636 , version 1

Citer

Gilles Fontaine. Modélisation numérique d'interfaces dans les métaux liquides - Application à la solidification. Electromagnétisme. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01340636⟩

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