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Modélisation numérique, modélisation physique et validation de l'écoulement de cuves de galvanisation

Binet Chantal. (2000). Modélisation numérique, modélisation physique et validation de l'écoulement de cuves de galvanisation. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

La galvanisation des tôles d'acier est un procédé où l'écoulement ainsi que le transport de l'aluminium dans le bain de zinc liquide peuvent affecter la formation de la couche inhibitrice. Une revue de la littérature sur les travaux effectués pour comprendre l'écoulement et le transport de l'aluminium dans le bain a été effectuée. La complexité de l'écoulement dans le bain a été démontrée par des travaux antérieurs qui ont été fait en utilisant majoritairement la visualisation de l'écoulement à l'aide de modèles à eau et la modélisation numérique par éléments finis. Le présent projet consiste à compléter la compréhension de l'écoulement dans la cuve de galvanisation en utilisant trois outils spécifiques soit, la modélisation numérique, la modélisation physique et des tests industriels. Chacun des essais et calculs effectués à l'aide de ces trois méthodes a permis de valider le modèle numérique, de mieux détailler l'effet de certains paramètres sur l'écoulement et aussi de voir l'effet d'additions et de changements de température dans un bain industriel.

L'étude de l'écoulement du bain de galvanisation a été effectuée à l'aide d'un modèle à eau et d'un modèle numérique. Le modèle à eau a servi à visualiser l'écoulement dans la cuve à l'aide d'un faisceau et de fluorescéine comme traceur. De nombreux plans ont été enregistrés sur cassette vidéo. L'observation de l'écoulement montre que la présence ou l'absence des rouleaux affecte l'écoulement, particulièrement pour les temps de mélange de la cuve. De la même façon, la présence d'une plaque déflectrice modifie les temps de mélange et agit comme une section de prémélange. L'angle d'inclinaison de la courroie modifie aussi l'écoulement en agrandissant la zone morte de l'arrière. Les observations ont aussi montré que l'écoulement est parfois asymétrique.

La visualisation de l'effet de la présence des couteaux à air sur l'écoulement dans le bain a permis de conclure que ceux-ci ne contribuaient pas de manière significative au mélange. Il est donc inutile d'ajouter leur présence au modèle numérique.

Les mesures de vitesse dans le bain à eau montrent un profil d'écoulement semblable à celui calculé dans le modèle numérique. La principale différence réside dans l'amortissement que subit la grandeur de la vitesse lorsqu'on s'éloigne des zones de grandes perturbations, soit près des rouleaux et de la feuille. Un maillage plus raffiné ainsi qu'un modèle de turbulence qui épouse mieux l'écoulement sont à suggérer pour les modifications ultérieures. Les calculs de turbulence ont montré que l'écoulement est beaucoup plus turbulent près de la feuille et des rouleaux que dans le reste du bain. De plus, au centre du bain l'écoulement est plus turbulent qu'au bas du bain.

La modélisation numérique de l'ajout d'inducteurs montre que ceux-ci peuvent affecter seulement de façon très légère l'écoulement à l'arrière du bain. Il est suggéré d'inclure l'effet thermique au modèle pour vérifier si cet effet reste négligeable.

Les tests industriels ont permis de confirmer que la température affecte la teneur en aluminium du bain et la formation des intermétalliques. Les mesures de l'aluminium effectif ont permis de voir que la région arrière du bain est très peu agitée et que celle de l'avant l'est plus.

Finalement, l'ensemble de cette étude permet de conclure que la modélisation numérique de l'écoulement dans une cuve de galvanisation, à l'aide de la méthode des éléments finis, peut être utilisée et qu'elle est représentative de l'écoulement rencontré en pratique.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:2000
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:382
ISBN:1412309212
Identifiant unique:10.1522/12281028
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Bui, Rung Tien
Mots-clés:Galvanisation--Modèles mathématiques, Écoulement--Visualisation, Acier galvanisé, Galvanizing--Mathematical models, Flow visualization, Steel, Galvanized, CUVE, EAU, ECOULEMENT, ESSAI, GALVANISATION, MODELE, MODELISATION, NUMERIQUE, PHYSIQUE, PROCEDE, VISUALISATION, THESE
Déposé le:01 janv. 2000 12:34
Dernière modification:09 mai 2013 20:16
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