Etude numérique et expérimentale du comportement thermoélastohydrodynamique des joints à lèvre en élastomère

Numerical and experimental studies of thermoelastohydrodynamic behaviour of radial lip seals

• Auteur / Autrice : Abdelghani Maoui
• Direction : Mohamed Hajjam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique et transports
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermique

Éléments finis, Méthode des

Volumes finis, Méthodes de

Lubrification élastohydrodynamique

Joints d'étanchéité

Résumé

Cette thèse est une contribution à l’étude numérique et expérimentale du comportement TEHD des joints à lèvre. Les exemples numériques présentés montrent une forte corrélation entre les micro-rugosités de la lèvre, la pression dans le film fluide et la température sous la lèvre. De plus, l’analyse de l’effet des rugosités indique une influence significative de la forme, du nombre et de l’amplitude des aspérités sur la totalité des caractéristiques TEHD des joints. L’étude comparative des problèmes thermiques local, global et isotherme montre l’importance du thermique local pour analyser avec précision le comportement TEHD des joints à lèvre. En effet, la totalité des caractéristiques TEHD est influencée par l’effet local de la température. La température dans la zone d’étanchéité est sensiblement influencée par la vitesse de rotation. La comparaison entre les deux approches numériques, 3D et axisymétrique, des déformations élastiques de la lèvre montre la présence d’une importante variation circonférentielle de la déformée de la surface de la lèvre. Par conséquent, le débit de pompage est fortement influencé par l’effet 3D des déformations élastiques de la lèvre. En outre, l’effet du comportement 3D sur le reste des caractéristiques du joint est insignifiant. Deux types de joints ont été analysés. Les valeurs mesurées de la température et du couple de frottement présentent une grande différence d’un type à l’autre. En outre, la température de la lèvre et le couple sont fortement influencés par les conditions de thermostatisation de l’huile de cuve d’essais. Enfin, l’analyse comparative des résultats numériques et expérimentaux a permis la validation du code développé.

This PhD thesis presents numerical and experimental studies of TEHD behaviour of radial lip seals. The numerical results showed a strong correlation between the lip surface asperities, the fluid film pressure and the temperature under the lip tip. Moreover, the analysis of the asperities effect shows a significant influence of the form, the number and the amplitude of the lip surface asperities on the all TEHD characteristics of the lip seals. The comparative study of thermal problems, local, global and isothermal proves the importance to consider local thermal approach in order to analyse the TEHD behaviour of radial lip seals. Indeed, the all TEHD characteristics are influenced by the local effect of temperature. The sealing zone temperature is considerably influenced by the shaft speed. The comparison between the two numerical approaches, 3D and axisymmetric, of the lip elastic deformations shows the presence of a significant circumferential variation of the lip surface deformations. Consequently, the reverse pumping is strongly influenced by the 3D elastic effect of the lip. Moreover, the effect of the non-axisymmetric behaviour on the remainder of TEHD characteristics is unimportant. The measured values of the temperature and the friction torque show a significant difference between the two kinds of the seal. Furthermore, the lip temperature and the friction torque are strongly influenced by the cooling conditions of the oil in the plexiglass tank. Finally, the comparative analysis of numerical and experimental results allowed the validation of the developed numerical tool.