Prédiction par transfert inverse d’un champ de conductance thermique de contact dans un mur de réacteur métallurgique

Universitéde Sherbrooke 2500, Boul. de l’Université, Sherbrooke ( Québec), J1K 2R1, Canada

^a Auteur pour correspondance : rousseau.cl@gmail.com

Reçu : 14 Avril 2011
Accepté : 13 Mars 2014

Résumé

Cet article porte sur une méthode d’estimation, novatrice et non intrusive, de la conductance thermique de contact dans un mur de réacteur métallurgique. Dans le cas d’un réacteur métallurgique, il est essentiel de déterminer la conductance thermique de contact dans l’assemblage des parois. Cela permet d’identifier et de corriger les défauts de contact avant la mise en fonctionnement du réacteur métallurgique. Cette étude recourt à la méthode inverse du gradient conjugué avec un problème adjoint, pour réaliser cette estimation. La méthode a été validée à l’aide de tests numériques représentant un diagnostic du contact thermique entre une paroi réfractaire et une paroi d’acier du réacteur métallurgique avec différentes conductances thermiques de contact. Dans un second temps, des tests supplémentaires ont été réalisés pour observer l’évolution de l’erreur d’estimation en fonction de deux nombres sans dimension, le rapport de conductivité thermique et le nombre de Biot. Cela a permis de conclure qu’il faut avoir simultanément un rapport de conductivité thermique supérieur à 1 et un nombre de Biot supérieur à 0,005 pour obtenir une estimation précise dans les cas étudiés.

Abstract

This work provides an inverse estimation method for the prediction of the thermal contact conductance field between two materials layers inside the wall of a metallurgical reactor. In this case, it is very important to determine the thermal contact conductance in the wall because if it’s importance on the heat balance. This technique allows identifying and correcting contact defaults before the reactor is started. This study uses an inverse method based on the conjugate gradient method with adjoint problem, to achieve this identification. Firstly, this method is validated for three test cases with different thermal contact conductances at the interface between two materials usually found on the side wall of a metallurgical reactor: a refractory layer in contact with a steel plate. Secondly, additional tests are carried out to study the evolution of the error estimation as a function of two adimensional parameters, the Biot number and the thermal conductivity ratio k^∗. It is shown that in order to have a good estimation, the Biot number must be larger than 0.005 while k^∗ needs to be larger to 1. This method of estimation of the thermal contact conductance field is innovative and non intrusive.