Analyse de l'effet des surfaces texturées dans un film mince. Application aux joints d'étanchéités. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

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

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.
Le but de l'étude présentée est l'analyse d'un écoulement turbulent au sein d'un joint annulaire texturé. Le stator est usiné de centaines de trous cylindriques dont la profondeur peut atteindre 20 fois l'épaisseur du film. L'analyse de l'écoulement a été réalisée à l'aide de la résolution des équations complètes de Navier Stokes et d'une étude expérimentale complémentaire.
Une première approche bidimensionnelle a permis la mise en évidence de l'apparition de deux phénomènes dus à la prise en compte des effets d'inerties : un effet de traînée provenant de la présence des cavités ainsi que l'existence d'un cisaillement fluide important au sein de la couche de mélange s'établissant au niveau de l'interface cavité-film mince. La validation des résultats numériques 2D a été réalisée avec succès grâce à la conception et la fabrication d'un banc d'essais original. Ce dispositif permet d'entreprendre des mesures PIV dans un écoulement de Couette en canal rainuré allant jusqu'à des régimes fortement turbulent (Re=10000). La modularité du montage a été prise en compte afin de pouvoir tester d'autres types de textures à l'avenir.
La deuxième étape a été la résolution des équations de Reynolds dans un canal équivalent où la texture est remplacée par son effet à travers une modification des lois de frottement du rotor et du stator, ainsi que par la prise en compte de l'effet de traînée comme un terme source. Des simulations tridimensionnelles, basée sur une configuration réaliste, ont été effectuées afin d'extraire les données nécessaires pour la modification des modèles de calcul du film mince. Les grandes différences par rapport aux anciens modèles sont que les lois de frottements du rotor et su stator sont calculées séparément et que la variation de l'épaisseur du film est prise en compte.
Les calculs montrent une amélioration des résultats pour les coefficients de raideur directe, de raideur croisée et d'amortissement direct, avec cependant une surestimation de ce dernier.
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Dates et versions

tel-00012160 , version 1 (19-04-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00012160 , version 1

Citer

Frédéric Billy. Analyse de l'effet des surfaces texturées dans un film mince. Application aux joints d'étanchéités.. Autre. Université de Poitiers, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00012160⟩
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