Détermination du rayonnement émis par de l’acier en fusion dans une contenant

[Nayl57]

Bonjour,
Je m’adresses à vous chers scientifiques dans le but que vous puissiez m’aider face à mon problème. Je suis actuellement en stage ingénieur sur lequel je travaille sur la perte de température de l’acier qui attend dans une poche sans couvercle. Une poche c’est comme un gros sceau fabriqué en réfractaire où l’on stocke l’acier chaud. Et cette poche est remplie d’acier en fusion jusqu’à une hauteur de garde de 80 cm. La hauteur de garde c’est la hauteur qu’il y’a entre l’acier et la hauteur maximal de la poche. Pour calculer la perte d’énergie thermique, je calcule toutes les énergies perdues par l’acier notamment l’énergie perdu par le rayonnement de l’acier dans la poche.
À l’aide de la loi de Stefan boltzmann et de la loi généralise du phénomène d’émission j’arrive facilement à déduire la densité de flux perdu par l’acier :
phi = emissivite acier * constante de boltzmann * T^4 en W/m2.
Le problème c’est que l’acier ne perd pas son énergie totalement étant donné que l’acier réchauffe le réfractaire ( les parois du côté de la poche) et que celui-ci renvoi une partie de l’énergie à l’acier. C’est ce qu’on appelle l’effet radiatif. Comment je pourrais la déterminer j’ai du mal dans mon cas à le faire est ce que vous pourriez m’aider s’il vous plait.
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[bibifikotin]

Bonjour, Ce qui faut savoir et non dit, c'est les caractéristiques du " réfractaire".
Car le réfractaire élimine aussi vers l'extérieur (suivant sa "conductivité" et son épaisseur )
Le "sceau" ce n'est pas un scellé !
Bonne journée

[Black Jack 2]

Bonjour,

1 ) Perte par Rayonnement (la plus grosse perte) : La surface de l'acier expose le métal en fusion à l'air libre.
Comme il n'y a pas de couvercle, l'énergie s'échappe massivement sous forme de rayonnement infrarouge.
La surface rayonnante à haute température (environ 1600 °C) est celle du "haut" de l'acier.
La surface latérale du récipient rayonne aussi vers l'extérieur mais est à beaucoup moins haute température rt donc les pertes sont beaucoup plus faible par là.
Il faudrait en savoir plus sur les dimensions et sur les matériaux utilisés pour le vérifier.

2) Convection de surface : L'air au-dessus de la poche s'échauffe et s'élève, créant un courant qui "pompe" les calories

3)
Conduction à travers les parois : La chaleur traverse le réfractaire de la poche pour finir dans la carcasse en acier, puis dans l'air ambiant

Il faudrait plus d'infos sur les dimensions et les matériaux pour être plus précis. Mais il est fort probable que la toute grande majorité des pertes est par rayonnement entre la surface "haute" de l'acier qui est à hautes température et l'ambiance (60 à 70 % ??)

[Nayl57]

Pour la conduction j’ai les coefficients de conductivité thermique du réfractaire. Malheureusement je ne pourrais pas vous dire exactement en quoi c’est fabriqué question de confidentialité. Mais oui, pour vous le deuxième phénomène qui fait que l’acier perd beaucoup en énergie c’est la convection avec l’air au dessus et l’acier. Vu comme ça c’est très intelligent merci. Bon malheureusement je n’ai pas ce coefficient de convection faudrait soit le déterminer soit trouver ça dans la littérature mais je ne sais pas si vous avez des références là dessus. Oui et pour le rayonnement j’émettrai comme hypothèse que la grande partie des rayonnements émis par l’acier et perdu avec l’air libre. Je voulais calculer les facteurs de formes dans le cas d’une cavité avec un corps gris le problème c’est que ma surface est concave ( surface de paroi) et surtout que ma poche est ouverte.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yaadno]

bjr:
je ne sais pas si ça peut aider mais du côté des fabricants de radiateurs avec fluide caloporteur ils ont fait des études destinées à évaluer la part rayonnement/convection;
ça donne des formules compliquées (il y a la cte de bolzman dedans) mais je ne sais pas si on peut extrapoler étant donné que pour les radiateurs on est sur un deltaT de 50;
cdlt

[Antoane]

Bonjour,

Il y a deux phénomènes qui font que l'acier perd de l'énergie sur sa surface supérieure :
- La convection : l'air se réchauffe en touchant la surface du métal en fusion -- ca se calcule avec la loi de Newton, et effectivement il faudrait connaitre un coeff de convection qui doit être assez différent de ce qu'on a à des températures plus proches de l'ambiant
- Le rayonnement : la surface chaude emet des IR qui sont perdus. La puissance ainsi rayonnée se calcule par la loi de Stefan, en (Tm^4 - Ta^4) -- avec Tm et Ta les températures en K du métal et ambiante.

A mon avis, comme de celui de BJ2, la surface en contact avec l'air de la poche est à une température suffisament proche de l'ambiant pour qu'on puisse négliger les pertes qui ne soient pas par la surface supérieure de la poche.