Analyse thermohydrodynamique du comportement des contacts lubrifiés par des fluides non Newtoniens : application aux butées à patins oscillants

Thermohydrodynamic analysis of bearings behavior lubricated by of non Newtonian fluids : application to tilting pads thrust bearing

• Auteur / Autrice : Fatima Bouyahia
• Direction : Mohamed Hajjam, Dominique Souchet, Mohamed Kouam, Mohamed El Khlifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université Hassan II - Mohammedia
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Hassan II. Faculté des sciences et techniques (Mohammedia, Maroc) - Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Différences finies

Tribologie (technologie)

Résumé

La viscosité des fluides non Newtoniens dépend fortement de la vitesse de cisaillement et de la température. Ce comportement non linéaire est dû essentiellement à des additifs chimiques qui sont souvent utilisés pour améliorer les performances des lubrifiants. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à l’étude de l’influence de ce comportement non linéaire dans les contacts lubrifiés. Un modèle thermohydrodynamique, basé sur la résolution de l’équation de Reynolds généralisée et l’équation de l’énergie, est développé pour des géométries cartésiennes (coin d’huile, plaques parallèles, palier composé). Les fluides étudiés sont de types pseudo-plastiques (Rabinowisch, loi de puissance) et viscoplastique (Bingham, Herschel-Bulkley). Il a été observé, à viscosité apparente identique, que le fluide d’Herschel-Bulkley, qui associe les deux effets plastique et rhéofluidifiant, favorise la dissipation et le frottement. La transposition de ce modèle au cas des géométries cylindriques a permis d’étudier les butées à patins oscillants. L’aspect thermique est mis en évidence à travers une étude thermique globale et également à travers la résolution de l’équation de l’énergie dans le film lubrifiant et l’équation de Fourier dans le patin. Nous avons relevé que l’étude thermique globale surestime la capacité de charge et la puissance dissipée. Le fluide de Rabinowisch possède les plus faibles capacités de charges et puissances dissipées au moment où le fluide de Bingham supporte et dissipe le plus. L’influence du comportement non linéaire des lubrifiants non Newtoniens ne peut être négligé, vu que la viscosité influence les caractéristiques hydrodynamiques des contacts lubrifiés.

The viscosity of non Newtonian fluids depends strongly on the shear rate and the temperature. This non linear behaviour is essentially due to the chemical additives often used to improve performances of lubricants. In this thesis, we studied the influence of this non linear behaviour on the lubricated bearings. A thermohydrodynamic model, based on the resolution of the generalized Reynolds equation and the energy equation, is developed for cartesian geometries (slider bearing, parallel plates, tapered land bearing). The fluids that were studied are supposed to be pseudo-plastic (Rabinowisch, power law) and viscoplastic (Bingham, Herschel-Bulkley). It has been observed that, at identical apparent viscosity, the Herschel-Bulkley fluid, which associates the plastic and shear-thinning effects, favours dissipation and friction. The transposition of this model to cylindrical geometries allowed to study the tilting pads thrust bearings. The thermal aspect is put into evidence through a global thermal study and also through the resolution of the energy equation in the lubricant and the Fourier equation in the pad. We brought out that the global thermal study overestimates load capacity and power loss. The Rabinowisch fluid has the lowest load capacity and power loss just as the Bingham fluid supports and dissipates the most. The influence of the non linear behaviour of non Newtonian lubricants cannot be neglected, seeing that the viscosity influences the dynamic characteristics of lubricated bearings.