Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La mouillabilité dynamique et les coefficients de transfert de chaleur d'interface ont été déterminés pour des gouttelettes d'aluminium se solidifiant sur des substrats de cuivre et d'acier dont certain possédaient des revêtements métalliques. Pour quantifier la mouillabilité dynamique, les facteurs d'étalement tirés des geometries des gouttelettes ont été utilisés. Quant à eux, les coefficients de transfert de chaleur d'interface ont été obtenus par la résolution de problèmes de conduction de chaleur inverse en utilisant les historiques de températures enregistrés à l'aide de thermocouple sous la surface des substrats.

Dans un premier temps, un modèle mathématique utilisant la méthode des différences finis afin de calculer les coefficients de transfert de chaleur d'interface a été développé et peaufiné grâce à une étude de sensibilité portant sur l'influence du nombre de dimension, des conditions limites du problème ainsi que du transfert de chaleur par convection dans la gouttelette. Il a été démontré que seul le nombre de dimensions du problème avait une influence sur les résultats des calculs des coefficients de transfert de chaleur pour le système à l'étude.

Par la suite, les essais physiques ont consisté à laisser tomber des gouttelettes d'aluminium liquide sur des substrats métalliques munis de thermocouples afin de caractériser le processus de solidification. Au cours de ces essais, les influences de trois paramètres ont été analysées, à savoir la nature du substrat, du revêtement et de l'atmosphère gazeuse dans laquelle les essais se sont déroulés. Pour chaque essai, le facteur d'étalement et le coefficient de transfert de chaleur d'interface ont été calculés et mis en relation afin de faire ressortir l'interdépendance de ces deux phénomènes dans des conditions expérimentales données.

Les résultats des essais ont démontré qu'il existe une relation entre le coefficient de transfert de chaleur et la mouillabilité dynamique seulement dans certains cas. En effet, lorsque la nature de l'atmosphère est modifiée, la mouillabilité dynamique et le coefficient de transfert de chaleur semblent corrélés. Cependant, en étudiant les influences des autres facteurs tels que la nature du revêtement et celle du substrat, aucun lien entre les mouillabilités dynamiques et les coefficients de transfert de chaleur n'a pu être démontré.