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

Résumé

Ce mémoire présente les résultats d'une étude dont le but est d'évaluer l'influence de quatre paramètres sur les échanges thermiques à l'intérieur d'un four d'homogénéisation de lingots d'aluminium.

Cette étude a été réalisée par l'intermédiaire d'un modèle numérique, tri-dimensionnel et en régime transitoire, élaboré à l'aide des logiciels commerciaux suivants: PATRAN (PDA Engineering) comme pré- et post-processeur, FLOTRAN (Compuflo) pour la simulation de l'écoulement des gaz chauds et P/THERMAL, pour la simulation du rayonnement et de la conduction de la chaleur à l'intérieur du lingot, chaleur reçue par convection forcée et/ou par rayonnement.

Le modèle permet de quantifier l'apport de chaleur dû au rayonnement et celui dû à la convection forcée. Il permet également d'étudier, sans s'y limiter, l'influence des paramètres suivants sur les échanges thermiques à l'intérieur du four: la distance entre les lingots, le débit massique des gaz, la température des gaz et la longueur des lingots.

Les résultats de l'étude montrent que le rayonnement est responsable d'environ 24% de l'apport total de chaleur. Quant au transfert de chaleur par convection forcée, on trouve d'abord qu'il est optimum pour une distance bien précise entre les lingots, ensuite, qu'il varie proportionnellement au débit massique, à la température des gaz et à la longueur des lingots. Il est possible d'obtenir, par calcul, une très bonne évaluation du facteur de proportionnalité en se référant à la méthode de calcul du coefficient de film convectif pour un écoulement libre sur une surface plane. Cette relation entre les résultats numériques et les prédictions empiriques est intéressante car elle permet d'obtenir, sans faire de longues simulations, le coefficient de film moyen à la surface du lingot pour des cas qui n'ont pas été considérés dans cette étude.

En fonction des hypothèses de départ et des résultats obtenus, le modèle numérique, élaboré au cours de ces travaux de recherche, est donc apte à simuler les échanges thermiques à l'intérieur d'un four d'homogénéisation.