Solidification de gouttes impactant un substrat solide
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The subject of this dissertation is the impingement and simultaneous heat transfer ans soldification of droplet on a flat substrate. The process of the impact and solidification of a droplet on a solid substrate is governed by the dynamics's impact, heat transfer between splat and substrate and the phase change involved in the solidification of a molten droplet. The main novel feature of this PhD thesis is that each physical process was studied individually. The aim of the study is to examine the influence of various parameters specific to the droplet and the substrate on the final splat's morphology. A critical issue of numerical models based on equilibrium solidification during the phase change material affects the accuracy of results. Indeed, the impact velocity of molten metal droplets in plasma sprayed coatings can vary from 1 m/s up to 100 m/s. In these cases, the cooling rate is so high (about 108 K/s) that stands for rapid solidification, which can lead to new metastable crystalline phases and amorphous solid phases. A significant result of this thesis is the numerical study of a rapid solidification of an Indium droplet during its spreading on a flat substrat. The cooling is based on a model's heat transfer taking into account the phenomenon of phase change with non-equilibrium solidification model determined through DSC experiments results.
Abstract FR:
Ce travail est consacré à l'étude de la solidification de gouttes impactant sur un substrat solide. Le processus de l'impact et de la solidification d'une goutte sur un substrat solide est gouverné par la dynamique de l'impact du fluide, le transfert de chaleur entre la lamelle formée et le substrat, ainsi que le changement de phase impliqué dans la solidification du métal fondu. L'originalité de cette thèse tient dans l'étude numérique de chacun de ces processus physique individuellement. Le programme d'étude présent est conçu pour examiner l'influence des différents paramètres propre à la goutte et au substrat sur la morphologie des lamelles obtenue après l'impact et la solidification de gouttelette. Le problème majeur de toutes les études numériques réalisées est le modèle de solidification à l'équilibre utilisé lors du changement de phase du matériau. Or la projection de gouttelettes métalliques en fusion se fait en général avec des vitesses d'impact qui peuvent varier de 1 m/s jusqu'à 100 m/s. Dans ces conditions, la vitesse de refroidissement est élevée (de l'ordre de 108 K/s) synonyme de solidification rapide, ce qui peut conduire à de nouvelles phases cristallines métastables et des phases solides amorphes. Un résultat majeur de cette thèse est l'étude numérique d'étalement et de solidification rapide d'une goutte d'indium en contact imparfait avec un substrat froid en acier. Le refroidissement est basé sur un modèle de transfert de chaleur tenant compte du phénomène de changement de phase avec un modèle de solidification hors équilibre déterminé grâce aux expériences de DSC.