Comment exploiter un modèle multiphysique ?

T SI 0Devoir de synthèse « séquence de remise à niveau »

Comment exploiter un modèle multiphysique ?

CORRECTION

S-SI

1. Miseensituation

Évaluation : Simulation d’un four industriel de traitement thermique

Les traitements thermiques opérés sur les pièces métalliques permettent d’obtenir des propriétés mécaniques tels que la dureté, l’élasticité, la ductilité...

Pour les pièces en acier, le recuit est un procédé utilisé pour éliminer les effets de phénomènes considérés comme néfastes suite par exemple à une trempe. A l'occasion d'un recuit, les grains du métal se reforment (recristallisation).

On peut ainsi :

Diminuer la dureté d'un acier trempé.

Obtenir un adoucissement pour faciliter l'usinage. Régénérer un métal écroui ou surchauffé. Homogénéiser les textures hétérogènes.

Réduire les contraintes internes

Le recuit est obtenu par élévation de température du métal à des températures allant de 500 °C à 850 °C. Il exige un cycle de chauffe (temps de montée en température, temps de maintien) bien maîtrisé. Le temps de maintien, la température de chauffe et la vitesse de refroidissement influencent la taille des grains.

• • • • •

Notre étude porte sur un four industriel de traitement thermique de marque ELTI (société basée à St Chamond) dont les principales caractéristiques

sont données ci-dessous :

Four EASYBOX 10 (larg600mm, haut 600, long 800, Pélec 26 kW)

Applications : Trempe, Recuit, Normalisation, Chauffages divers

Options: Atmosphère contrôlée, enregistreur de température, bac de trempe, etc...

- Isolation en fibre minérale.

- Montée en température rapide (1 000 °C / heure »).

- Régulateur PID digital auto-adaptatif. Horloge de démarrage.

- Porte pneumatique à guillotine avec protection thermique.

- Sole en acier réfractaire.

- Armoire électrique avec Gradateur (à base de thyristors) pour moduler l'énergie d'alimentation de la résistance électrique et sécurité surchauffe.

La fonction principale pour ce four électrique de traitement thermique est :

Repère de la Fonction

Fonction

Critères

Niveau

Flexibilité

TSSI_0 Eval Four de traitement thermique_prof_SL.docx 9

Page 1 sur

FP1

Chauffer les pièces

Température de traitement (régime établi)

Vitesse de montée en température

Précision de la température de traitement

Rendement énergétique

500 °C minimum 850°C maximum

200°C par heure minimum

- 3%/ +5% par rapport à la consigne

Rendement de 50% mini

F0 F0 F0 F1

2.

Présentation et analyse

2.1. Présentationdumodèle

Le modèle ‘Maplesim’ de la fonction principale du four « chauffer les pièces » est présenté ci-dessous :

Un composant peut être ouvert en ‘double- cliquant’ sur son icône !

ex : Pièces à traiter

Dans ce modèle, seule la partie « Enceinte thermique » concerne notre étude. Les donnéessont les suivantes :

✓ Paroisisolantes:

Surface 3 m2 ; épaisseur 150 mm

Masse volumique ρ = 100 kg / m3

Conductivitéthermique λ =0,2W/m.K

Chaleurmassique Cp =1100 J/kg.K ✓ Volumed’airintérieur:

Volume d’air 0,288 m3 Massevolumique ρ =1kg/m3

Chaleurmassique Cp =1000 J/kg.K ✓ Piècesd’acieràtraiter:

Volume d’acier 0,05 m3

Masse volumique ρ = 7500 kg / m3

Chaleur massique Cp = 450 J /kg.K

TSSI_0 Eval Four de traitement thermique_prof_SL.docx 9

Négligé dans le modèle numérique

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2.2. Analysedusystème

1. Schéma d’architecture fonctionnelle :

Chaîne d’information

T four Consigne

Régulateur de T

Distribuer

Signal de commande

Sonde de T

(Acquérir)

Chaîne d’énergie

Convertir

MOE

Pertes

Recuire

✓ Compléterleschémaenidentifiantlesénergiesquicirculent:(thermique,électrique,...) Gradateur R chauffantes

✓ Pour l’énergie électrique, quelle est la grandeur de flux, quelle est la grandeur d’effort ? Préciser aussi les unités

Energie

Energie

ELECTRIQUE

Energie

THERMIQUE

...