Effets de la convection thermocapillaire sur les instabilités de la phase fluide et l'interaction solide/liquide en croissance dirigée

Effects of the thermocapillary convection on the flow stability and the interaction with solid/liquid interface in directional solidification

¹ École Mohammadia d'Ingénieurs, Université Mohammed V, Avenue Ibn Sina, Agdal, Rabat, Maroc
² MSNM UMR CNRS 6181 La Jetée, Technopôle de Château-Gombert, 38 rue Frédéric Joliot-Curie, 13451 Marseille Cedex 20, France
³ SPCTS, UMR CNRS 6638, Université de Limoges, 123 Albert Thomas, 87000 Limoges, France
⁴ LEEVAM-LEEE, 5 mail Gay Lussac, Université de Cergy Pontoise, 95031, France

Auteur de correspondance : semmaalam@yahoo.fr

Reçu : 8 Octobre 2003
Accepté : 30 Janvier 2004

Résumé

Ce travail concerne l'étude des instabilités convectives et l'interaction solide/liquide pour une configuration de croissance dirigée horizontale d'un matériau à faible nombre de Prandtl (Pr=0,015). Les configurations de ce type ont fait l'objet de plusieurs études restreintes à la phase fluide. Il s'agit ici d'étudier les transitions au sein du bain fondu en présence de la convection thermocapillaire et l'interaction avec le front. L'interaction se focalisant dans cette étude sur les aspects convectifs sans prise en compte des effets de la chaleur latente. L'approche de résolution est basée sur la méthode de localisation du front couplée à une approximation de type volumes finis. La convection thermocapillaire agissant dans le même sens que la convection thermogravitationnelle amorti les oscillations introduites par la convection thermogravitationnelle. D'autre part, l'effet de la vitesse de translation de l'ampoule pour le contrôle du processus est également analysé.

Abstract

This work concerns the study of the convective instabilities interacting with the solid/liquid interface for a horizontal Bridgman configuration filled with a low Prandtl number material (Pr=0.015). This kind of configuration was the subject of several studies restricted to fluid phase. We study here the transitions to oscillatory regimes in the presence of thermocapillary convection and the interaction with the solidification front. This interaction focuses here on the convective aspects without considering the latent heat effects. A computational model based on the enthalpy method and a finite volumes approximation is adapted to the phase change problem. The computed results indicate that the surface tension can play a stabilising role on the flow regime. In the same way, the growth rate can also contribute to control the directional process.