Caractérisation hydrodynamique des films minces lubrifiants en présence de surfaces texturées

par Abdelmalik Zerarka

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Mihaï Arghir, Alain Texier et de Gérard Pineau.

Soutenue en 2010

à Poitiers .


  • Résumé

    La présente étude consiste à analyser l'influence de la profondeur et de la densité surfacique des trous cylindriques sur les coefficients dynamiques et le débit de fuite d'un joint annulaire texturé. Pour cela, cette étude se divise en deux parties. Une première partie est dédiée à analyser expérimentalement à l'aide de maquettes à l'échelle 10/1, d'une part l’écoulement axial (écoulement de type Poiseuille) et d'autre part l'écoulement circonférentiel (écoulement de Couette) du film mince d'un joint annulaire en présence de trous cylindriques. L'étude expérimentale est effectuée pour une texture présentant une densité surfacique de trous cylindriques γ=44%, de diamètre D=31,75mm et pour trois profondeurs : 20mm, 15mm et 10mm. Une transition de la topologie de l'écoulement dans les cavités cylindriques lorsque le nombre de Reynolds augmente a été mise en évidence. Elle est caractérisée par une dissymétrisation significative des structures tourbillonnaires de l'écoulement. Elle montre également, que pour cette configuration géométrique de la texture, la profondeur des cavités cylindriques influence faiblement l'écoulement dans le film mince. La seconde partie consiste à déterminer les coefficients dynamiques et le débit de fuite en fonction de la densité surfacique et de la profondeur des trous cylindriques d'un joint annulaire par la résolution complète des équations du film mince dominé par des forces d'inertie. La comparaison des données cinématiques extraites des simulations numériques et des expériences montre que l'utilisation d'un modèle de turbulence de type k-epsilon est une approximation suffisante si la topologie de l'écoulement reste symétrique ou que la densité surfacique en trous cylindriques reste relativement faible. Dans les autres cas, cette étude constitue une première approche dans la recherche d'un modèle de turbulence plus adaptée.

  • Titre traduit

    Characterization of the hydrodynamics of thin lubrification films on textured surfaces


  • Résumé

    This work provide an experimental and a numerical analysis of the turbulent flow in the thin film fluid of an annular seal with a stator textured surface (hole pattern). The experimental analysis is carried out for three holes depth: 10mm, 15mm and 20mm. The experimental data shows the existence of a dissymmetric flow and the presence of classical vortices of rectangular cavities flow. The results are compared with numerical simulations using the standard k-epsilon model. The comparison shows a good agreement as long as the experimental flow topology is symmetric or cavities density is low. However, this work can be considered first approach of the hole pattern textured surface influence on the thin film flow. New deduced friction laws for taking into account the depth and the density of cavities are calculated and integrated in a code based on the thin film model. The computation allowed to determine the dynamics coefficients and leakage as a function of density and depth of cavities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (307 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 49 réf.

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