Modélisation Mésoscopique et Simulation Numérique des Écoulements Convectifs Dans un Liquide en Utilisant la Méthode de Boltzmann sur Réseau

L’objectif principal de ce travail est l’utilisation de la méthode de Boltzmann sur réseau pour simuler numériquement l’écoulement convectif dans un fluide. Cette approche, baptisée Lattice Boltzmann Method (LBM), est une technique relativement nouvelle pour la modélisation des systèmes complexes de fluides et a suscité l’intérêt des chercheurs en CFD « dynamique des fluides numérique ». Elle diffère considérablement du modèle « continuum » habituel de la CFD. En effet, la LBM est une approche au niveau mésoscopique et étudie la microdynamique de particules fictives en utilisant des modèles simplifiés de la théorie cinétique des gaz. Elle fournit une voie alternative pour simuler les écoulements fluides. Étant une approche mésoscopique, la LBM contient implicitement le spectre complet du modèle continuum (les champs hydrodynamiques macroscopiques). Dans le présent travail, la relation entre la description microscopique « LB » et macroscopique « description physique » est clarifiée. Des simulations numériques seront effectuées pour l’étude de l’écoulement convectif dans un fluide. L’écoulement est régi par les forces flottabilité, de tension superficielle et magnétique. Les équations qui régissent un tel écoulement seront résolues en utilisant les deux conceptuellement différents modèles (à savoir, le modèle LBM et le modèle continuum).

Modélisation et simulation des phénomènes thermomécaniques lors des procédés de déformation plastique et de solidification

This thesis focuses on the modeling and simulation of thermomechanical behavior during plastic deformation and densification processes, particularly sintering techniques. The chapters of the thesis progressively explore the field, from the thermomechanical behavior of materials to the specific processes of sintering and spark plasma sintering (SPS). Each chapter makes a specific contribution, covering aspects such as classical sintering theory, different sintering techniques, mathematical modeling of the processes, and detailed numerical studies of thermoelectric and mechanical behavior during SPS sintering. The ultimate aim is to provide an in-depth understanding of these complex processes and pave the way for future prospects in advanced materials manufacturing. The applications carried out in this work are based on 3D numerical modelling and simulations developed using ANSYS software to examine the behaviour of thermal, electrical and mechanical couplings during the SPS process. The results obtained provide an in-depth understanding of the interactions between these physical phenomena during sintering and how material properties affect thermoelectric and mechanical behavior during this process. In addition, optimization studies of the SPS device parameters has been carried out using the model developed previously. The latter focuses on the effect of current and pressure applied and the dimension of the sample at the SPS device, aiming to determine the optimum values of these parameters to produce samples with improved characteristics. A conventional sintering experiment is also presented, adding a practical dimension to the theoretical results.