Modulated calorimetry on levitated sample: modeling and simulation.

Modélisation et simulation de la calorimétrie modulée inductive

P. Schetelat (1)

1 SIMaP - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés

Accurate values of thermophysical properties of metallic melt are of critical interest for the development of new alloys. This study focuses on the determination of specific heat capacity and thermal conductivity using the modulated calorimetry technique on electromagnetically levitated sample. An experimental part describes an experiment located in a Synchrotron radiation. It is devoted to fluid flow visualization. Results of a primary experimental round are analyzed and commented. Then, a strategy of numerical simulation is proposed. Based on a systematic study of the physical phenomena present in the sample, it is used to identify the limits of the present use of the measurement tool. Based on a Process Engineering technique, a new approach is draw up. It presents the advantage to be free of calibration. It is validated using numerical simulation. Recommendations on its physical implementation are given.

Le développement de nouveaux alliages pour l'industrie aéronautique nécessite la connaissance de leurs propriétés thermophysiques en phase liquide. Nous étudions ici la mesure de capacité calorique et de conductivité thermique par calorimétrie modulée sur des échantillons lévités en microgravité ou non. Une partie expérimentale décrit une expérience de lévitation sous rayons X permettant la visualisation de l'écoulement dans un échantillon métallique liquide. Les résultats d'une première série de mesure sont analysés et commentés. Puis une stratégie de simulation numérique est élaborée. Fondée sur une étude systématique des phénomènes physiques mis en jeu, elle est utilisée pour identifier les limitations des techniques de mesure actuelles. Une nouvelle technique de mesure, inspiré du génie des procédés, est proposée. Elle présente l'avantage de supprimer l'étape de calibration. Sa validité est démontrée par simulation numérique. Des recommandations pour son implémentation physique sont proposées.

Mots clés: electromagnetic levitation; electromagnetic stirring; modulated calorimetry; thermal conductivity; metallic alloy; linear system identification; non-stationary thermal simulation.

Mots clés: Lévitation électromagnétique; brassage électromagnétique; calorimétrie modulée; capacité calorifique; conductivité thermique; alliages métalliques; identification de systèmes linéaires; simulation thermique instationnaire.

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]; Génie des procédés

P. Schetelat. Modélisation et simulation de la calorimétrie modulée inductive. Mécanique [physics.med-ph]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00521865⟩