Analyse de l'effet des surfaces texturées dans un film mince : application aux joints d'étanchéités

par Frédéric Billy

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

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

Soutenue en 2005

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Lubrification hydrodynamique
• Joints d'étanchéité
• Turbulence
• Rugosité

Résumé

Le travail consiste en l'adaptation des modèles du film mince pour la prise en compte de textures de type trous cylindriques à partir de la résolution des équations complètes de Navier Stokes d'un écoulement turbulent dans un joint annulaire. Une première analyse a montré qu'il apparaissait de nouveaux effets par rapport à un joint lisse : un échange de quantité de mouvement vers la cavité traduit par une force de traînée ; un cisaillement turbulent important au niveau de la partie supérieure de la cavité. Les simulations ont été validées par des mesures expérimentales (PIV) effectuées sur un banc d'essais conçu pour l'étude. L'intégration de nouvelles lois de frottement dans le code s'est faite en dissociant le rotor du stator et en tenant compte de la variation de l'épaisseur du film. L'effet de traînée est considéré comme un terme source. Les calculs montrent une amélioration des résultats pour les coefficients de raideur directe, de raideur croisée et d'amortissement direct.

Titre traduit

Analysis of textured surfaces effects in athin film : application to annular seals

Résumé

The aim of this work is to adapt the thin film model with inertia forces for taking into account textured surfaces (hole pattern) in annular turbulent seal flows. A first analysis stemming from the numerical solution of Navier Stokes equations show that inertia forces induce new effects near the cavity : a drag effect due to the momentum exchange and an important turbulent shear stress inside the mixing layer at the top of the cavity. Simulations were validated by P. I. V. Measurements performed on an original setup developed for the study. The new deduced friction laws were integrated in a code based on the thin film model equations. The rotor and the stator friction factors are calculated separately and include the variation of the film thickness. The drag effect is taken into account as a source term. Calculations show an improvement of the theoretical results for the direct stiffness, cross stiffness and direct damping coefficients, with an over evaluation for the last one.