Transfert thermique dans les dispositifs mécaniques soumis aux frottements : modélisation et expérimentation

par Smail Guenoun

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Najib Laraqi.


  • Résumé

    Des outils analytiques, numériques et expérimentaux sont développés dans ce travail de thèse pour déterminer les températures et les paramètres de contact dans les solides soumis à l’échauffement par frottement. Il s’agit ici des machines tournantes où le frottement a lieu en périphérie, dans le sens de la rotation. Nous nous sommes intéressés à deux types de contacts : (i) bagues-rouleaux d’un roulement ; donc 3 cylindres à axes parallèles et (ii) disque-secteur; équivalent au contact balai-collecteur d’un générateur électrique. Pour la première configuration, nous proposons, d’une part, un modèle analytique pour déterminer le coefficient de partage de flux et les températures des 3 solides et, d’autre part, une modélisation numérique pour étudier les phénomènes de convection dans l’entrefer du roulement. Pour la seconde configuration, une expérimentation et des modélisations analytiques et numériques sont développées pour déterminer les températures, le partage de flux secteur-disque et les paramètres thermiques de contact. Ces derniers sont estimés par inversion de mesures. Nous présentons les évolutions des températures et du partage de flux pour les deux configurations étudiées et nous analysons les tendances en fonctions des paramètres physiques du problème. Nous proposons des corrélations pour le nombre de Nusselt associé à la convection dans la cavité formée par les bagues et les rouleaux du roulement. L’étude expérimentale, associée au modèle analytique développé pour le dispositif secteur-disque, a permis d’estimer le facteur de génération de flux (appelé également coefficient de partage intrinsèque) et la résistance thermique de contact à partir de mesures de températures réalisées dans le secteur et dans le disque.

  • Titre traduit

    Heat transfer in the mechanical devices subject to friction : Modeling and experimental


  • Résumé

    Analytical, numerical and experimental tools are developed in this thesis to determine the temperatures and the thermal contact parameters in solids subjected to frictional heating. This friction takes place I the periphery of rotating machines. We were interested in two types of contacts: (i) ring-rollers of a bearing; made of 3 cylinders with parallel axes and (ii) disc-sector; equivalent to the brush-collector contact of an electric generator. For the first configuration we propose, on the one hand, an analytical model to determine the heat partition coefficient and the temperatures of the 3 solids, and on the other hand, a numerical modeling to study the convection phenomena in the bearing gap. For the second configuration, an experimental study serve to complete the analytical and numerical models developed to determine the temperatures, the partition of heat flux at the sector-disc contact and the thermal contact parameters. This latter are estimated through inverse methods. We present the evolution of temperatures and the partition of heat flux for the two studied configurations and we analyze the tendencies observed as a function of the physical parameters involved. We propose correlations for the Nusselt number associated to the convection in the cavity formed by the rings and the rollers of the bearing. The experimental study, together with the analytical model developed for the sector-disc device, made it possible to estimate the intrinsic heat partition coefficient and the thermal contact resistance from the temperature measurements taken at different points of the sector and disc.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125134. Annexes

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  • Bibliothèque : Université Paris Ouest Nanterre La Défense. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 08 PA10-196
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