Multi-physics approach to Fluid Jets Processes - Material Properties. From the study of phenomena to valuation and transfer to the socioeconomic world.
Approche multi-physique des relations Procédés Jets fluides - Propriétés Matériaux. De l’étude des phénomènes à la valorisation et au transfert au monde socioéconomique.
Résumé
High Pressure (HP) fluid jet processes are used as methods for modifying the properties of materials by cold spraying and high-speed multi-component fluids on the substrate to be treated. Depending on the hydrodynamic and physical characteristics of the impinging jet, such modifications can be obtained by either removing or adding material or without causing any change in the substrate mass. For this, the jet is used as a complex flow carrying physical, chemical, biological, and energy of different natures such as kinetic, thermal. In theory, both these properties and energies are then transferred to the target material via the surface of the substrate according to complex mechanisms as mechanical, thermal, thermomechanical, and inducing metallurgical and microstructural transformations. This work focuses on the relationships of some industrial configurations of complex fluid jets and the surface properties of materials impacted by such impinging fluid jets. The research methods developed in this work provide a framework for several materials issues that are addressed by the considered fluid jet processes. After a brief presentation of each material issue, this work assembles the study of the peculiarities of three types of innovative fluid jets as well as those of four interactions of these jets with materials representative of industrial cases. To determine the behavior as well as the physical and hydrodynamic properties of each type of jet, both qualitative and quantitative approach to modeling the structures of the constitutive phases is presented for namely: low pressure abrasive micro-waterjet, HP waterjet assisted laser, HP supercritical cryogenic nitrogen jet. Knowledge of the scientific and technological fundamentals describing these fluid jets has made it possible to explain the various complex mechanisms of interactions of the studied fluid jets with materials as used in industry: HP waterjet assisted laser - metallic materials, HP supercritical nitrogen jet - metallic and polymer materials, HP supercritical nitrogen jet - porous woody materials, HP supercritical nitrogen jet – polymer based materials.
Les procédés jets fluides sous Haute Pression (HP) sont utilisés comme méthodes de modification des propriétés des matériaux par projection à froid et à grande vitesse de fluides multi-composants sur le substrat à traiter. Selon les caractéristiques hydrodynamiques et physiques du jet impactant, ces modifications peuvent être obtenues par enlèvement ou ajout de matière ou encore en conservant la masse du substrat. Pour cela, on utilise le jet comme un flux transportant des propriétés physiques, chimiques, biologiques, et des énergies de natures différentes cinétique, thermique. En théorie, ces propriétés et énergies sont alors transférées au matériau cible via la surface de celui-ci selon des mécanismes complexes, mécaniques, thermiques, thermomécaniques, induisant des transformations métallurgiques et microstructurales. Ce travail s’intéresse aux relations de quelques configurations industrielles de jets fluides complexes et des propriétés superficielles des matériaux impactés par de tels jets. Les méthodes de recherche développées dans ce mémoire proposent un encadrement de plusieurs problématiques matériaux adressées par les procédés jets fluides considérés. Après une brève présentation de chaque problématique, ce mémoire rassemble les travaux d’étude des particularités de trois natures de jets innovants et de quatre interactions de ceux-ci avec des matériaux représentatifs de cas industriels. Pour déterminer le comportement et les propriétés physiques et hydrodynamiques de chaque nature de jet, une approche qualitative et quantitative de modélisation des structures des phases constitutives est présentée : un Microjet d’eau abrasif à basse pression, un Jet d’eau HP assisté Laser, un jet d’azote cryogénique supercritique HP. La connaissance des fondamentaux scientifiques et technologiques qui régissent ces jets fluides complexes, a permis d’expliquer les différents mécanismes complexes d’interactions avec les matériaux marqueurs tels que utilisés en industrie : jet d’eau HP assisté laser - matériaux métalliques, jet d’azote HP supercritique - matériaux métalliques et polymères, jet d’azote HP supercritique - matériaux ligneux poreux, jet d’azote HP supercritique - matériaux à base de polymères.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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