Remplissage d'une cavité

Dans ce paragraphe, nous nous intéressons à l'application numérique au remplissage d'unecavitéavec transfertsthermiques.Ledomaineest unecavitéde

0.1× 0.2 cm

2

initia- lementremplieau quart d'eau.On utiliseun maillage xeisotropeethomogène de

6 500

n÷uds et un pas de temps adaptatif. A l'instant initial, la cavité a une température de

30



C

on injecte de l'eau à

10



C

à une vitesse de

0.3 m.s

−1

, l'introduction d'eau dans la cavitéaurapoureetde générerunmouvementde convectionforcéeturbulenteauquelon

Figure 5.8  Comparaison entre les résultats expérimentaux, numériques et notre mé- thode. en haut : vitesse moyenne à

x = 0.502m

; en bas : température moyenne à

de

50



C

. L'objectif de cette application est d'étudier le comportement de notre méthode de résolution lorsque tous lessolveurs sontcouplés.

La gure 5.9 nous montre l'évolution de la surface libre et de la température à dif- férents instants. On aperçoit alors que le champ de température reste stable malgré les tourbillons engendrés par le remplissage. L'introduction du modèle de turbulence dans l'équationde lathermiquepermet de limiterlesinstabilitésnumériques. Un telcalculdi- verge immédiatementlorsquel'on essaie de lerésoudre par simulationnumériquedirecte.

Figure 5.9 Remplissageet chauage d'une cavité

Cettenouvelleapplication permetégalement de présenter une façon originaled'intro- duire les conditions auxlimites :

 Dans la zone d'injection initiale, on impose

α > α0

pendant tout le temps du remplissage;

 Dans la zone d'injection initiale, on impose

u = uimp

pendant tout le temps du remplissage;

Lagure 5.10 montre comment l'écoulement secomporte dans ces conditions

5.5 Conclusions

Nousavons montré dans ce chapitre comment écrire et discrétiser leséquations de la thermique pour une résolution par éléments nis. Nous avons ensuite montré comment la méthode de stabilisation Streamline Upwind Petrov Galerkin permet de stabiliser la résolution de la thermique à convection dominante. Nous avons également présenté une méthode permettant de prendre en compte les chocs thermiques grâce à l'introduction d'un nouveau terme de stabilisation.

L'utilisationd'unevitesserésultantd'unmodèledeturbulencepour convecter lather- mique impliqueégalement une modélisationsupplémentaire.Celle-ci est faite par l'ajout d'une conductivitéturbulente, directementcalculéeen fonctionde laviscosité turbulente présentée dans lechapitreprécédent.

Les diérentes appllications numériques ont attesté la stabilité du solveur thermique pour de simples cas de diusion et de convection. L'application à la convection turbu- lentenaturelle etforcée a également permis de validerleboncomportementdu couplage thermique/turbulence. Enn,le cas duremplissage aélargi aucas d'unécoulementmulti uide turbulent,plus représentatif du procédé de fonderie.

[1] S.Batkam. Thermique Multidomaine En SimulationNumérique DuRemplissage3d. PhD thesis, Ecole NationaleSupérieure DesMines De Paris, 2002.

[2] A. Bianchi,Y. Fautrelle,and J.Etay. Transferts Thermiques. 2004.

[3] A. Brooks and T. Hughes. Streamline upwind /petrov-galerkin formulations for convection dominated ows with particular emphasis on the incompressible navier- stokesequations.ComputerMethodsInAppliedMechanicsAndEngineering,32:199 259, 1982.

[4] J.L.Chenot, Y.Tronel,and N.Soyris. Finiteelementcalculationofthermo-coupled large deformation in hot forging. In , International Conference On Heat Transfer, 1992.

[5] R.Courant, K.Friedrichs, and H. Lewy. Uberdiepartiellendieerenzengleichungen der mathematischen physik. Mathematische Annalen,100(1) :3274, 1928.

[6] EGD do Carmo and GB Alvarez. A new stabilized nite element formulation for scalarconvection-diusionproblems:thestreamlineandapproximateupwindpetrov- galerkinmethod. Computer Methods in AppliedMechanicsand Engineering,192(31- 32) :33793396, 2003.

[7] RidouaneEzzouhri,PatriceJoubert, FrancoisPenot,andSophieMergui. Large eddy simulationofturbulentmixedconvectionina3dventilatedcavity:Comparisonwith existing data. International Journal Of Thermal Sciences, 48(11) :20172024, Nov 2009.

[8] AC Galeao, RC Almeida, SMC Malta, and AE Loula. Finite element analysis of convectiondominatedreaction-diusionproblems. AppliedNumericalMathermatics, 48(2) :205222, FEB2004.

[9] C. Gruau. Génération De Métriques PourAdaptation Anisotrope De Maillages, Ap- plications à La Mise En Forme Des Matériaux. Thèse de doctorat, Ecole Nationale Sup ÉRieure Des Mines De Paris, 2004.

[10] O.Jaouen.ModélisationTridimensionnelleParÉlémentsFinisPourL'analyseTher- momécanique Du Refroidissement Des PiÈces Coulées. PhD thesis, Ecole Nationale SupérieureDes Mines De Paris, 1998.

[11] D. Lacanette. Simulation Numérique De L'essorage Et Du Refroidissement D'un Film Liquide En Mouvement Par Un Jet Plan Turbulent. PhD thesis, Université Bordeaux I, 2004.

[12] B. Magnin. Modélisation Du Remplissage Des Moules D'injection Pour Les Poly- mères ThermoplastiquesPar Une Méthode Eulérienne-LegrangienneArbitraire. PhD thesis, Ecole Nationale Supérieure Des Mines De Paris, 1994.

[13] Y. Tronel. Contribution À La Modélisation Thermomécanique Et Physique Du For- geage À Chaud. PhD thesis, Ecole NationaleSupérieureDes Mines De Paris, 1993. [14] W Zhang and QY Chen. Large eddy simulation of indoor airow with altered dy-

namic subgridscale model. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, 43(17):32193231, SEP 2000.

Résolution du changement de phase

Contents

6.1 Introduction . . . 136 6.1.1 Méthodesàgrille mobile . . . 136 6.1.2 Méthodesàgrille xe . . . 136 6.2 Traitement de l'interface solide/liquide . . . 139 6.2.1 Introduction . . . 139 6.2.2 Equation deGibbs-Thomson . . . 139 6.2.3 Applications numériques . . . 141 6.2.4 Calcul dynamiquedu coecient cinétique . . . 143 6.3 Thermique et changement de phase . . . 145 6.3.1 Équations . . . 146 6.3.2 application numérique . . . 147 6.4 Applications numériques . . . 150 6.4.1 Solidication dansun coin . . . 150 6.4.2 Solidication de l'étain . . . 151 6.4.3 Calcul triphasique avec solide mobile . . . 152 6.5 Conclusion . . . 161

6.1 Introduction

Les premières publications sur le chagnement de phase remontent à Stefan (1891). C'estpourquoiladénominationProblèmede Sefan pourun problèmedechangementde phaseesttoujoursutiliséemêmepourdesformulationspluscomplètesetcomplexesquele problèmeinitial.Dansleproblèmede Stefan,lechangementde phaseestconsidérécomme une transformation isotherme instantanée. Depuis une vingtaine d'années, de multiples méthodes numériques ont été proposées dans la littérature pour résoudre le problème de Stefan [1,3]. En général, ces méthodes cherchent à approcher laposition du front de solidication/fusionaucoursdutemps,etsedivisentalorsendeuxcatégoriesprincipales:

 les méthodes à grillemobileou déformable;

 les méthodes à grille xe qui regroupent par exemple la méthode de la chaleur spéciqueéquivalente,laméthodeenthalpiqueetlaméthode delasourcede chaleur ctive.

Dans le document Éléments finis stabilisés pour le remplissage en fonderie à haut Reynolds (Page 131-139)