Transfert de chaleur en solidification radiale de l’aluminium pur

Evolution of the heat transfer during the radial solidification of pure aluminium

Résumé

Une méthode de calcul de l’évolution, en fonction du temps, du coefficient de transfert de chaleur à l’interface moule/métal lors de la solidification radiale de l’aluminium pur est présentée dans ce travail. La méthode consiste à déterminer la température à la surface de l’aluminium, la température à la paroi interne du moule et le flux de chaleur traversant l’interface moule/métal. L’obtention de ces valeurs se fait par l’utilisation complémentaire d’une expérimentation et d’un modèle numérique. L’expérimentation permet d’obtenir les conditions initiales et aux limites du modèle numérique. Le modèle numérique repose sur l’équation de la conduction de chaleur, developpée en coordonnées cylindriques pour la direction radiale. Le moule et l’aluminium solide sont traités avec les équations de conduction de chaleur, et l’aluminium liquide et diphasique sont traités avec la méthode enthalpique de Voiler.

Le moule est cylindrique (50 mm de rayon intérieur et 90 mm de rayon extérieur).

Le coefficient de transfert de chaleur à l’interface moule/métal montre un comportement transitoire jusqu’à 200 s puis quasi-stationnaire par la suite. La valeur maximale du coefficient est de l’ordre de 2 400 W.m².K^-1 pour un écart de température de l’ordre de 500 °C entre la paroi interne du moule et la surface de l’aluminium liquide. La situation expérimentale obtenue s’avère correctement unidimensionnelle dans le moule. L’approximation unidimensionnelle est moins bonne dans l’aluminium, mais la méthode de calcul reste suffisamment précise, de l’ordre de 4 %, dans la partie transitoire.

La méthode décrite peut être utilisée pour déterminer les valeurs du coefficient en fonction des conditions de moulage comme les températures initiales du moule et de l’aluminium, le type et l’épaisseur du revêtement recouvrant les parois du moule.