STAGE - Modélisation multiphysique d’un four à induction

Dans le cadre du projet POWDIUM POWDer aluminIUM pour la création d’une filière industrielle française de développement et de production de poudres d’alliage d’aluminium destinées aux secteurs de la défense, de l’aéronautique et du spatial.  Le projet est principalement axé sur la fiabilisation et l’amélioration de la productivité du procédé d’atomisation VIGA pour atteindre une capacité de production de l’ordre de quelques tonnes de poudres par an à l’issue du projet.

Le processus de fusion dans la tour d'atomisation VIGA est réalisé dans un creuset par induction électromagnétique pour chauffer et faire fondre des métaux sous vide ou atmosphère contrôlée. Le four est équipé d’un creuset réfractaire dans lequel des courants de Foucault sont induits, générant de la chaleur pour amener le métal à sa température de fusion.

Un stage est proposé dans le but de modéliser un four à induction VIM (Vacuum Induction Melting) à l’échelle industrielle afin de mieux maîtriser les phénomènes multiphysiques en jeu, d'optimiser les conditions de fusion, de garantir une homogénéité satisfaisante de la matière fondue et d’augmenter la durée de vie des creusets.

Les objectifs de ce stage seront les suivants :

• Développer un modèle 2D axisymétrique pour résoudre le couplage électromagnétique et thermique, afin de déterminer le champ électromagnétique et la distribution de la température dans le creuset en fonction des caractéristiques du four (courant, tension, nombre de spire, position du creuset, position de la bobine, puissance délivrée par l’inducteur et le temps de chauffage).
• Simuler les échanges thermiques au sein du four et analyser la répartition de température pour optimiser le processus de fusion, en identifiant les zones de surchauffe ou de refroidissement qui pourraient affecter la qualité du matériau fondu.
• Créer des abaques (puissance, température, temps) pour aider les opérateurs pour garantir une fusion complète de la charge. 

Modéliser thermomécaniquement le creuset réfractaire pour localiser les zones sensibles de la structure et estimer les contraintes appliquées, permettant ainsi de prévenir l’usure prématurée et les risques de dégradation du creuset.

• Simuler le phénomène de brassage électromagnétique dans la modélisation pour estimer le champ de vitesse résultant dans la masse fondue. Cette simulation visera à identifier les zones de dégradation potentielle du creuset liées à l’agitation magnétique du bain.
• Valider les résultats du modèle numérique en mesurant les données thermiques au moyen de caméras thermiques ou de thermocouples.
• Rédaction d'un rapport de stage.

Ecole d’ingénieur ou Master 2, le/la candidat(e) devra avoir une solide formation en mécanique du solide et des fluides ou plus généralement en sciences de l'ingénieur avec des compétences en simulation numérique.