Etude des traitements thermiques utilisant le rayonnement infrarouge par la simulation numérique - Rapport final

Résumé et principaux résultats

Les possibilités offertes par la « Computational Fluid Dynamic » (CFD), autrement dit la simulation numérique en mécanique des fluides n'ont cessé de croître au cours des deux dernières décennies. Tandis que des phénomènes comme la Turbulence, le Transport Polyphasique, la Combustion ont toujours reçu la plus grande attention, le Rayonnement, en revanche, a suscité moins d'intérêt de la part des chercheurs et des investisseurs et ce, essentiellement en raison de la complexité des mécanismes mis en jeu.
La raison en est moins théorique que pratique : même simplifiés à outrance et affranchis de certaines difficultés physiques, les transferts radiatifs nécessitent la résolution simultanée de nombreuses équations de conservation, couplées la plupart du temps les unes aux autres, excédant ainsi la capacité des plus puissants calculateurs.
Toutefois, plus récemment, grâce notamment au progrès fulgurant des tailles mémoires, certains nouveaux modèles ont pu petits à petits voir le jour et être vérifiés avec succès sur des cas de plus en plus réalistes. C'est le cas du modèle aux « Ordonnées Discrètes » (« DO » en anglais) que le CETIAT a proposé de tester, avec l'aide du code de calcul FLUENT, sur des procédés de traitement par rayonnement infrarouge.
L'utilisation du rayonnement infrarouge comme moyen de traitement thermique des produits s'applique à un grand nombre de matériaux et la difficulté est d'adapter l'équipement à la réaction que l'on désire obtenir dans le produit à traiter. Cette mise au point a jusqu'alors été essentiellement réalisée de manière expérimentale, et l'étude présentée ici essaie de démontrer les perspectives toutes nouvelles offertes par les simulations numériques.
On montre en particulier que les émetteurs de tous types peuvent maintenant être simulés, y compris ceux qui utilisent des surfaces réfléchissantes. Il en est de même pour la forme des produits, qui peut être quelconque, concave notamment, et qui peut-être directement intégré dans les simulations. Par ailleurs, l'utilisation des résultats pour l'étude du séchage d'un produit en couche mince est menée avec succès sur la base d'un modèle certes simple, mais intégrant quand même pleinement les effets transitoires.
L'étude démontre donc bien que l'approche par code CFD apporte des éléments précieux pour la caractérisation des émetteurs de rayonnement infrarouge. Bien que la résolution directe et simultanée de tous les phénomènes (convection, conduction, rayonnement, transfert de masse) sur un problème aussi complexe est encore très souvent évitée (dû au coup élevé du temps de calcul entre autres), il s'avère toutefois complètement réalisable de traiter ces derniers de manière séparée.

Commissions

Thermique industrielle

Thème

Séchage - Energies radiantes et Thermique générale

Mots-clés

Energies radiantes, Modélisation, Thermique industrielle

Auteurs

MARCHAL Daniel