Francis Lalancette, étudiant: Réduction dimensionnelle d’un modèle thermoélectrique 3D pour créer un modèle 2D fiable et rapide représentant une cellule d’électrolyse d’aluminium

Afin d'optimiser l'utilisation de leurs actifs, les alumineries visent à augmenter le courant de leur ligne de production. De plus, les fluctuations du marché de l'énergie poussent l'industrie à exploiter des stratégies de modulation de puissance. Ces conditions de fonctionnement variables affectent directement l'épaisseur de la couche protectrice (talus) à l'intérieur de la cellule d'électrolyse. La surveillance continue du bilan énergétique est donc de la plus haute importance, mais les mesures physiques sont difficiles en raison de l'environnement hostile. Le modèle numérique tranche thermoélectrique 3D est le plus fréquemment utilisé pour résoudre le bilan énergétique, mais son temps de résolution important l'empêche d'être utilisé dans un système de contrôle.

La création d'un modèle 2D à partir du modèle tranche 3D existant est proposée. Des paramètres ajustables sont insérés pour minimiser les écarts causés par les différences
physiques entre les modèles. La calibration des paramètres comprend une boucle itérative et des régressions statistiques. Une fois calibré, le modèle 2D est testé avec une variation de courant d'entrée de ± 5 %. Les résultats montrent des différences mineures (inférieures à 1 %) entre les modèles 3D et 2D pour le comportement de la distribution des pertes de chaleur et de la distribution de la chaleur générée. Les épaisseurs du talus sont très près dans les deux modèles, la plus grande différence (1,8cm) étant sous l'erreur de mesure manuelle typique (2,5 cm). Au cours des simulations, le temps de calcul du modèle 2D était 40 à 60 fois plus rapide que le modèle 3D.