Effets du coefficient d'échange convectif sur la croissance cristalline du saphir par la méthode HEM
Loading...
Date
2014
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou
Abstract
L'avantage principal de la méthode HEM étudié dans ce mémoire vient du fait que le
matériau froid est en bas et le bain chaud est en haut, minimisant ainsi les effets néfastes de la
convection. Le champ de température est plus stable par rapport aux autres techniques de
croissance ce qui peut minimiser le sur-refroidissement, et assurer une croissance uniforme
donnant un cristal parfait et homogène chimiquement.
En utilisant le code de calcul Fluent, on a pu faire l’investigation de l'effet du coefficient
d’échange convectif de l’échangeur sur la croissance cristalline qui n’a pas été étudié
auparavant. De même, il nous a semblé intéressant d’examiner l’évolution de la température
et aussi celle de la pression au cours du processus de la croissance cristalline.
Le coefficient d’échange convectif de l’échangeur n’a pas d’influence sur la forme de
l’interface de croissance mais il influence plutôt sur la température de solidification et aussi
sur le temps de croissance.
Lorsque le coefficient d’échange convectif de l’échangeur augmente le refroidissement
est plus rapide ainsi que l’avancement de l’interface de solidification, cela est dû à l’extraction
d’une grande quantité de chaleur.
Lorsque les parois d’un creuset HEM ne sont pas adiabatique il faut prendre on
considération le coefficient d’échange convectif de ces dernière et de leur surface pour le
choix de la capacité d’échangeur, puisque pour que la croissance exige un taux de chaleur
évacué par l’échangeur plus grand que celui rentré par les parois.
La forme des isothermes suit toujours la forme du front de solidification et l’isotherme
correspondante à la température de fusion coïncide avec l’interface de croissance cristalline.
Des forts gradients de température ont été trouvés au voisinage de l’échangeur au début de la
croissance cristalline donnant naissance à une couche limite thermique induite par l’échange
de chaleur par refroidissement. Cette dernière disparaît en avançant dans le temps.
La pression s'avère une caractéristique dynamique très importante ; son évolution est
fortement liée aux paramètres de croissance comme les nombres de Grashof et de Marangoni
et également à la forme de creuset. Elle est donc plus sensible que la température tant sur le
plan qualitatif que quantitatif.
Le champ de pression nous a fournit plusieurs indications. On note ici que ce paramètre
n’a pas été étudié auparavant par les spécialistes du domaine de la croissance cristalline à
notre connaissance. Prés de l’échangeur, le gradient de pression est très fort au début de la croissance, il s’affaiblie loin de celui-ci. Cette variation de la pression et des gradients de
pression sont provoqués essentiellement par le transfert de chaleur et le changement de phase
liquide-solide au voisinage de l’échangeur. Quand la proportion du volume du saphir
cristallisée devient grande la pression décroit axialement.
Tous ces résultats, ainsi que beaucoup d’autres obtenus ou en cours de traitement
illustrent la richesse des phénomènes rencontrés à travers cette étude (les différentes forme de
front de la solidification ; la répartition des pressions et des températures…), malgré la
difficulté du problème appréhendé. Ceux-ci font appel à une série de futurs travaux
complémentaires afin de pouvoir répondre aux nombreuses questions soulevées à travers cette
étude.
A la lumière de ces premiers résultats, il est souhaitable, voir nécessaire, de compléter
ces essais préliminaires, par un deuxième volet consacré à la variation des autres paramètres
de la croissance cristalline tels que la température de l’échangeur ; le débit du liquide de
refroidissement et la géométrie de creuset.
Description
62 f. : ill. ; 30 cm. +(CD-Rom)
Keywords
Echangeur de chaleur, Echange convectif, HEM
Citation
Energétique