Transfert thermique lors de la solidification et la fusion des matériaux à changement de phase
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Date
2020
Authors
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Publisher
Université 20 Août 1955-Skikda
Abstract
Les matériaux à changement de phase (MCP) sont rencontrés dans de nombreux
domaines industriels. En métallurgie : solidification et fusion des métaux purs et des
alliages ; en industries électroniques : fabrication des composants ; en agro-alimentaire :
séchage et conditionnement ; dans l’habitat : isolation et stockage thermique de la chaleur
et du froid, rafraichissement des habitats, …
Dans ce travail, nous étudions la cinétique du phénomène de changement de phase
liquide - solide (solidification) et solide-liquide (fusion) au sein d’une cavité contenant un
matériau à changement de phase. La modélisation physique repose sur une approche
bidimensionnelle basé sur la méthode enthalpique et tenant compte du transfert couplé
conducto-convectif.
Plusieurs matériaux à changement de phase ont été utilisés : eau, gallium, MCP
organique, possédant différents nombres de Prandtl. La cavité est de géométrie
rectangulaire ayant un rapport d’aspect A et dont les surfaces gauche et droite sont
maintenues respectivement aux températures chaude et froide alors que les surfaces
supérieure et inférieure sont considérées adiabatiques.
Les équations du modèle physique sont résolues numériquement à l’aide de la méthode
des volumes finis. Les résultats obtenus sont validés avec des résultats expérimentaux et
numériques de la littérature.
Une étude numérique utilisant les solutions par programme de calcul basée sur la
méthode des volumes finis, est rapportée. Deux phénomènes sont distingués la convection
naturelle dans la région liquide et la conduction dans le solide.
L’identification des mécanismes de transfert lors de la solidification repose sur une
étude numérique utilisant les paramètres de contrôle du phénomène physique, à savoir le
nombre de Grashof et le rapport d’aspect de la cavité. On a pu ainsi voir à travers les
champs de température, de vitesse et le nombre de Nusselt, l’évolution des grandeurs de
transferts et l’influence des paramètres de contrôle sur ces phènomenes.
D'un point de vue fondamental que pratique, cette étude aide à mieux comprendre le
phénomène de solidification et de fusion. Elle servira comme contribution pour la
conception des systèmes de stockage du froid ou d'un ordre plus général pour tous les
systèmes utilisant un matériau à changement de phase liquide-solide