Phénomènes de transfert dans des liquides réactifs à haute viscosité. Application au procédé d’élaboration du verre
Résumé
La synthèse de mes travaux de recherche concerne les phénomènes de transfert dans des liquides visqueux réactifs. L’application visée est l’élaboration des verres déclinée autour de trois grands sujets : les transferts de masse entre des bulles et un «verre» fondu, la stabilité des mousses de verre et les phénomènes de convection naturelle appliqués aux fours verriers.
Sur le premier thème, l’accent est mis sur la prise en compte des réactions chimiques d’oxydoréduction liées au fer contenu dans les verres industriels. Un modèle couplant advection-diffusion-réaction a été utilisé pour déterminer les coefficients de transferts de masse de l’oxygène. Ces résultats ont été appliqués à la résorption de bulles d’oxygène. Les évolutions de la taille des bulles au cours du temps obtenues
expérimentalement sont comparées à celles issues des modèles numériques.
La stabilité des mousses a été abordée en étudiant le drainage et la stabilité de bulles à la surface libre d’un liquide et la stabilité de films verticaux. Un code numérique basé sur la formulation intégrale des équations de Stokes a été développé et appliqué au drainage des bulles. Les résultats montrent que les films entre une bulle et une surface libre drainent de façon exponentielle avec le temps et que la taille relative de
la bulle comparée à l’échelle capillaire est un facteur important. Plus la bulle est grosse, plus le film draine lentement. Une expérience pour étudier le drainage de bulle dans un verre a été développée avec laquelle nous retrouvons les comportements théoriques indiqués ci-dessus. Des mécanismes de stabilisation des films de verre ont également été mis en avant reposant sur l’évaporation du sodium.
Les phénomènes de convection dans les fours verriers sont abordés en étudiant les distributions des temps de séjour. Une représentation minimale d’un bain de verre est faite à l’aide de deux réacteurs parfaitement agités avec un volume mort important mis en évidence. La convection naturelle est étudiée en focalisant sur un modèle simplifié à deux dimensions. Il ressort qu’un seul paramètre correspondant au produit du nombre de Rayleigh par le rapport d’aspect, hauteur sur longueur, au carré, contrôle l’écoulement et la thermique. Les lois de transferts sont établies à l’aide d’une analyse numérique.