Étude de la fusion dans des enceintes munies de sources de chaleur discrètes

Abstract

Cette étude porte sur la fusion avec convection naturelle d'un matériau à changement de phase (MCP) dans une enceinte rectangulaire chauffée à l'aide de sources de chaleur discrètes réparties le long des parois latérales conductrices. Un modèle numérique reposant sur les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie est exposé. Une méthode de volumes de contrôle couplée à une formulation enthalpique (termes sources) pour le changement de phase est adoptée. Ce modèle est mis en oeuvre sur ordinateur, puis validé à l'aide de résultats analytiques, numériques et expérimentaux disponibles dans la littérature ainsi que par des mesures prises au laboratoire. Enfin, l'effet de la dimension, de l'espacement, de la puissance et du nombre de sources de chaleur sur le phénomène de fusion est examiné. L'effet du rapport de forme de l'enceinte et des propriétés thermiques des parois est aussi étudié. Les résultats démontrent qu'il est avantageux d'utiliser un chauffage discret plutôt qu'uniforme du point de vue de la durée de la fusion et de la température des sources de chaleur. Pour des enceintes de grand rapport de forme (A [Caractères spéciaux omis] 4), des configurations menant à un contrôle remarquable de la température des sources et à une durée de fusion relativement élevée ont été obtenues. Dans le cas de cavités de rapport de forme plus faible (A [Caractères spéciaux omis] 4), l'étendue des sources de chaleur [éta] (fraction des parois occupée par la configuration de sources) est le paramètre le plus influent. Si [éta] [Special characters omitted.] 0.45, la durée de la fusion est minimisée et les sources de chaleur demeurent à la même température modérée. Les valeurs seuils de la diffusivité thermique [Caractères spéciaux omis] au-delà de laquelle le phénomène de fusion devient insensible à la distribution des sources de chaleur ont été déterminées en fonction du rapport de forme.