Modelling of the draining of a molten glass heated by induction
Modélisation de la vidange d'une fonte verrière chauffée par induction
Résumé
This thesis is part of the development of a new technology of oxides melting in a furnace heated by induction. The technology studied involves strong interactions between electromagnetic, thermal and hydrodynamic phenomena in a flow with physical properties strongly dependents of the temperature. The aim of the thesis is the modelling of the process by coupling closely the Joule heating, the mechanical stirring and the draining of the furnace. The modeling of the time evolution of the interface between glass and air during the emptying of the cold crucible was performed. Regarding the methodology, we chose to combine two scientific codes: Flux® for the electromagnetic calculation and Fluent® for thermal-hydraulics. The evolution of the free surface was treated by the multiphasic method "Volume -Of- Fluid - VOF" and the mechanical stirring by the “Moving Reference Frame” and the “Sliding Mesh”. First of all, we considered the draining of a tank filled with a silicon oil of high-viscosity without mechanical stirring. This initial model took into account studies of hydraulic similarity between the silicon oil and the glass. Then we superimposed the forced flow creates by the mechanical stirrer, the thermal and the electromagnetic phenomena in order to model the flow of the molten glass. The final model can provide various parameters, including the time needed to drain the furnace, the heat transfer flux and the time evolution of the mass flow rate and of the temperature inside de furnace.
Le présent travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la mise au point d'un nouveau procédé de fusion d'oxydes dans un four chauffé par induction. Le procédé étudié met en jeu des fortes interactions entre des phénomènes électromagnétique, thermique et hydrodynamique dans un milieu fluide aux propriétés physiques fortement dépendantes de la température. L'objectif de la thèse est de modéliser le procédé en couplant étroitement le chauffage par effet Joule, le brassage mécanique et la vidange du four. La modélisation de l'évolution temporelle de l'interface entre le verre et l'air lors de vidange du creuset froid a été réalisée. S'agissant de la méthodologie, nous avons choisi de coupler deux logiciels : Flux® pour le calcul électromagnétique et Fluent® pour la thermo-hydraulique. L'évolution de la surface libre a été traitée par la méthode multiphasique « Volume-Of-Fluid – VOF », et l'agitation mécanique par les modèles « Moving Reference Frame » et « Sliding Mesh ». Nous avons d'abord considéré la vidange sans agitation mécanique d'une cuve remplie d'une huile silicone de haute viscosité. Ce modèle initial prend en compte des études de similitude hydraulique entre l'huile silicone et le verre. Puis nous avons superposé l'écoulement forcé crée par un agitateur mécanique et les phénomènes électromagnétique et thermique afin modéliser l'écoulement du bain de verre fondu. Le modèle final permet de fournir de diverses grandeurs, notamment des estimations pour le temps de vidange, le flux thermique et l'évolution temporelle du débit massique et de la température dans le four.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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