2. Solution de référence#

2.1. Méthode de calcul utilisée pour la solution de référence#

On dispose d’une solution semi-analytique faisant intervenir les fonctions d’erreurs :

\(\mathit{erf}(x)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}{\int}_{0}^{x}{e}^{-{t}^{2}}\mathit{dt}\) et \(\mathrm{erfc}(x)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}{\int}_{x}^{+\infty }{e}^{-{t}^{2}}\mathrm{dt}\)

Cette solution est valide pour un milieu semi-infini, elle ne pourra donc être utilisée que dans un domaine de variation limité de la variable de temps.

Soit

_images/Object_5.svg

la position de l’interface solide/liquide. Soient \({s}_{t}=\frac{L}{\sqrt{{t}_{\mathrm{total}}}}\) et \(\lambda =\frac{{s}_{t}}{2\sqrt{{d}_{s}}}\) où \({d}_{s}\) et \({d}_{l}\) désignent la diffusivité des milieux solide et liquide \(({d}_{s}=\frac{{k}_{s}}{{c}_{s}},{d}_{l}=\frac{{k}_{l}}{{c}_{l}})\) . La solution de l’équation de la chaleur est de la forme :

\({T}_{s}(x,t)={T}_{0}+\frac{{T}_{m}-{T}_{0}}{\mathrm{erf}(\lambda )}\mathrm{erf}(\frac{x}{2\sqrt{{d}_{s}t}})\) si \(x\le {x}_{t}\)

\({T}_{l}(x,t)={T}_{i}+\frac{{T}_{m}-{T}_{i}}{\mathrm{erfc}(\lambda \sqrt{\frac{{d}_{s}}{{d}_{l}}})}\mathrm{erfc}(\frac{x}{2\sqrt{{d}_{l}t}})\) si \(x\ge {x}_{t}\)

La donnée de \({t}_{\mathrm{total}}\) suffit à définir la solution, on fixe donc \({t}_{\mathrm{total}}=420.\)

2.2. Résultats de référence#

TEMPS : Abscisse

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

.000

.005

682.43

661.33

647.50

638.74

632.69

628.20

.010

726.05

705.75

692.06

682.43

675.24

669.63

.015

738.11

728.70

718.44

709.60

702.23

696.06

.020

739.86

737.22

731.99

726.05

720.27

714.94

.025

739.50

737.56

734.47

730.81

727.00

.030

739.93

739.39

738.11

736.20

733.88

.035

739.99

739.88

739.45

738.61

737.40

.040

739.98

739.86

739.55

739.00

.045

739.97

739.87

739.65

.050

739.97

739.89

.055

739.97

.060

.065

.070

.075

.080

.085

.090

.095

.100

TEMPS : Abscisse

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

.000

.005

624.68

621.84

619.48

617.48

615.25

614.25

.010

665.09

661.33

657.43

653.65

650.37

647.49

.015

690.83

686.33

682.43

678.99

675.95

673.22

.020

710.11

705.75

701.81

698.25

709.92

692.06

.025

723.23

719.60

716.17

712.95

720.89

707.09

.030

731.34

728.70

726.05

723.43

728.48

718.44

.035

735.89

734.18

732.34

730.43

733.42

726.53

.040

738.21

737.22

736.07

734.79

736.44

731.99

.045

739.29

738.77

738.11

737.33

738.18

735.47

.050

739.74

739.50

739.15

738.71

739.12

737.56

.055

739.91

739.81

739.65

739.42

739.60

738.75

.060

739.97

739.93

739.86

739.75

739.83

739.39

.065

739.99

739.98

739.95

739.90

739.93

739.72

.070

739.99

739.98

739.96

739.97

739.88

.075

739.99

739.99

739.95

.080

739.98

.085

739.99

.090

.095

.100

(En \(°C\) , en fonction de l’abscisse en mètre et du temps en secondes).

Remarque :

On se limite aux variations pendant les 6 premières secondes, au-delà de 10 secondes la condition au limite à l’extrémité \(x=1\) n’est plus assurée.

2.3. Incertitude sur la solution#

Inconnue, due à l’évaluation des fonctions d’erreur.

2.4. Références bibliographiques#

    1. Necati Özisik - Heat Conduction - Chapter 10 : Phase-change problems example 10-3 - John Wiley & Sons.