Transferts thermiques conjugués et transitoires Application pour un cylindre vertical creux

Abstract

La projection thermique est une famille de procédés de traitement de surface et de formation de revêtement sur des pièces industrielles. Les domaines applicatifs sont très larges (procédés anti-usure, anticorrosion, réacteurs d'avions, la médicine ..). Les procédés de fabrication de revêtement sont variés, nous citons celui qui a une relation avec notre travail qui est la projection thermique par plasma atmosphérique . Les études comparatives entre les différents modèles de turbulence utilisés dans le domaine des écoulements de jet plasma thermique sont très importantes. Ces études nous permettent de choisir les modèles de calcul les plus performants en vue d'acquérir les meilleurs résultats possibles et aussi afin de minimiser le coûts de revient, diminuer le temps de calcul et améliorer les caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques du matériau à traiter. Le but de ce travail est l'analyse de l'écoulement turbulent pendant la projection thermique par plasma et l'évaluation de son influence sur le substrat en utilisant l'approche RANS. Le jet de plasma est supposé stable, incompressible, subsonique en équilibre thermodynamique local et turbulent. De plus, on suppose qu'il n'y a pas de réactions chimiques dans la phase gazeuse. Les paramètres qui régissent notre problème sont: la puissance du gaz plasma, les profils de température et de vitesse à la sortie de la buse, les champs de température et de vitesse du domaine à étudier et la température du substrat. Pour tous les modèles de turbulence utilisés dans notre étude à savoir le RNG k-e et le SST k-w, le code Ansys CFX, basé sur la méthode des volumes finis (FVM), a été exploité pour la résolution des équations de conservation qui régissent notre problème et par conséquent l'obtention des résultats relatifs aux caractéristiques de l'écoulement. Aussi, le préprocesseur du code CFX associé à Ansys 16.0 est utilisé pour la construction du domaine de calcul et la génération de la grille de maillage. Dans un premier lieu, un jet de plasma thermique bidimensionnel et stationnaire sera étudié, ce jet utilise l'Argon comme gaz plasmagène et ce pour les différentes puissances (790W, 1050W, 1300W, 1780W). Les résultats obtenus seront comparés avec ceux de l'expérience et ceux trouvés dans la littérature et dans les mêmes conditions afin de valider ce modèle. Additivement à cela, Les résultats obtenus pour le cas stationnaire seront utilisés comme des données pour le calcul des caractéristiques du jet de plasma thermique bidimensionnel en mode transitoire pour la puissance 1780W. Ensuite, nous procédons à l'analyse de l'écoulement du jet plasma pour le cas tridimensionnel en mode stationnaire en utilisant le modèle RNG- k-e et en se basant sur les mêmes hypothèses et les mêmes données (diamètre de la buse, distance d'écartement, gaze plasmagène...) et pour une puissance qui égale 1780W. Les résultats obtenus pour les différents cas étudiés seront discutés et analysés