Etude numérique de la convection naturelle dans une cavité cylindrique : application à la croissance cristalline dans un four de type HEM (Heat Exchanger Method)

Abstract

Nous présentons une étude numérique du transfert de chaleur et de l’écoulement d’un fluide métallique en convection naturelle dans une cavité cylindrique avec parois chaudes et un échangeur thermique à la base1 Cette cavité représente le creuset d’un four de croissance cristalline1 L’étude est menée en fonction du facteur de forme de la cavité, de la dimension de l’échangeur thermique, et des propriétés thermo-physiques du fluide exprimées à travers le nombre de Prandtl et le nombre de Rayleigh. Les résultats sont présentés sous la forme des isothermes, des lignes de courant, du nombre de Nusselt local et moyen et de la température moyenne de la cavité pour des nombres de Rayleigh allant de 103 à 108. Deux matériaux extrêmes sont étudiés : le Silicium, matériau semiconducteur à très bas nombre de Prandtl (Pr=0.013) et le Germanate de Bismuth (Bi4Ge3O12) : un oxyde à haut nombre de Prandtl (Pr=20). On montre que le nombre de Rayleigh, le nombre de prandtl et la dimension de l’échangeur thermique influencent l’écoulement du fluide et le transfert de chaleur dans la cavité contrairement au facteur de forme dont l’effet est négligeable1