RESUME

Un outil basé sur la méthode des éléments finis a été construit dans le but de simuler l'impact d'une particule fondue sur un solide avec transfert thermique. Trois modèles ont été développés : le modèle d'écoulement, le modèle thermique et le modèle d'avancement de la surface libre.

Le modèle d'écoulement est décrit par les équations de Navier-Stokes complétées par une condition de frottement introduite sur l'interface particule/substrat. Le modèle thermique est basé sur le premier principe de la thermodynamique en utilisant la méthode d'enthalpie. Pour prendre en compte l'influence de l'interface sur le transfert thermique, nous avons introduit des éléments de contact thermique sur l'interface particule/substrat. Le modèle d'avancement de la surface libre est basé sur la méthode lagrangienne. Pour traiter correctement les grandes déformations de la particule dans le processus d'écrasement, nous avons proposé une technique de remaillage automatique afin de garantir une bonne précision des résultats numériques.

La résolution du système non linéaire et non stationnaire a été effectuée à l'aide des méthodes de Newton-Raphson et d'Euler implicite. Le code de calcul FER/Drop et le post-processeur FER/View ont été développés en langage C++ avec la technique de la programmation orientée-objets et le support graphique OpenGL. Des exemples, de complexités variées, illustrent les formulations et les algorithmes proposés.

MOTS-CLES : impact, projection thermique, surface libre, transfert thermique, éléments finis, méthode lagrangienne, remaillage, Newton-Raphson, Euler implicite, programmation orientée-objets, C++, OpenGL.

ABSTRACT

A computational program using the finite element method has been developed to simulate the impact of a molten particle on a solid substrate involving heat transfer. Three models have been developed: the flow model, the heat transfer model and the moving free surface model.

The flow model is characterized by the Navier-Stokes equations with the addition of the friction condition on the substrate surface. The heat transfer model is based on the first principle of the thermodynamics together with the enthalpy method. To take into account the influence of the interface on the heat transfer, thermal resistance elements have been introduced on the interface particle/substrate. The moving free surface model is based on the Lagrangian method. To treat correctly the large deformations in the particle flattening process, we have developed an automatic adaptive remeshing technique so as to ensure the computational accuracy of numerical results.

The nonlinear and time-dependent system has been solved using Newton-Raphson and Euler implicit methods. The computational code FER/Drop and the post-processor FER/View have been developed by the author. The programming is performed by using the language C++, the oriented object programming technique and the OpenGL graphic support. Some examples of different complexities have been studied to illustrate the formulations and the algorithms proposed in this work.

KEY WORDS : impact, thermal spray, free surface, thermal transfer, finite elements, Lagrangian, remeshing, Newton-Raphson, Euler implicit, oriented object programming, C++, OpenGL.