Contribution à l'étude des effets thermiques et des déformations dans les butées hydrodynamiques à géométrie fixe PDF Download
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Author: Said Abdallah Ahmed Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 193
Book Description
L'influence des effets thermiques et des déformations sur les performances des butées hydrodynamiques à géométrie fixe est analysée. Les études menées sur les butées hydrodynamiques à géométrie fixe allient rarement les effets thermiques et les déformations. Après un rappel théorique de la lubrification thermohydrodynamique (THD), nous décrivons les méthodes de calculs des déformations mécaniques et thermiques. L'étude thermoélastohydrodynamique (TEHD), qui prend en compte les effets thermiques locaux et les déformations, est réalisée sur une butée hydrodynamique à géométrie fixe à huit patins. Les champs de pression hydrodynamique et de température sont obtenus par une méthode des différences finies et les champs des déplacements des surfaces des patins et du collet sont obtenus à l'aide de la méthode des éléments finis. Les déformations du collet sont également prises en compte pour résoudre le problème TEHD. L'influence des conditions de fonctionnement (charge appliquée et vitesse de rotation) sur les différentes caractéristiques de la butée est également analysée. Il ressort que pour déterminer précisément les caractéristiques de fonctionnement d'une butée hydrodynamique à patins fixes, il ne faut pas négliger les déformations mécaniques du collet et en particulier lorsque la charge appliquée est élevée.
Author: Said Abdallah Ahmed Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 193
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L'influence des effets thermiques et des déformations sur les performances des butées hydrodynamiques à géométrie fixe est analysée. Les études menées sur les butées hydrodynamiques à géométrie fixe allient rarement les effets thermiques et les déformations. Après un rappel théorique de la lubrification thermohydrodynamique (THD), nous décrivons les méthodes de calculs des déformations mécaniques et thermiques. L'étude thermoélastohydrodynamique (TEHD), qui prend en compte les effets thermiques locaux et les déformations, est réalisée sur une butée hydrodynamique à géométrie fixe à huit patins. Les champs de pression hydrodynamique et de température sont obtenus par une méthode des différences finies et les champs des déplacements des surfaces des patins et du collet sont obtenus à l'aide de la méthode des éléments finis. Les déformations du collet sont également prises en compte pour résoudre le problème TEHD. L'influence des conditions de fonctionnement (charge appliquée et vitesse de rotation) sur les différentes caractéristiques de la butée est également analysée. Il ressort que pour déterminer précisément les caractéristiques de fonctionnement d'une butée hydrodynamique à patins fixes, il ne faut pas négliger les déformations mécaniques du collet et en particulier lorsque la charge appliquée est élevée.
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LES BUTEES HYDRODYNAMIQUES ASSURENT UNE TACHE TRES IMPORTANTE DANS LES MECANISMES INDUSTRIELS CONTEMPORAINS (REDUCTEURS, TURBOCOMPRESSEURS,). LE SUPPORT DES CHARGES AXIALES REPRESENTE LEUR PRINCIPAL OBJECTIF. LE BON FONCTIONNEMENT DES BUTEES DEPEND ESSENTIELLEMENT DE LA PRESENCE D'UN FILM FLUIDE ENTRE LES SURFACES EN MOUVEMENT RELATIF. CE FILM DOIT ASSURER LA SEPARATION TOTALE DES SURFACES EN QUESTION. DANS LES CONDITIONS SEVERES DE FONCTIONNEMENT (CHARGES ET VITESSE ELEVEES), LES EFFETS THERMIQUES JOUENT UN ROLE NON NEGLIGEABLE DANS LA DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES DES BUTEES. CETTE ETUDE THERMIQUE REPRESENTE, A NOTRE CONNAISSANCE, L'UNIQUE ANALYSE EXPERIMENTALE DES BUTEES HYDRODYNAMIQUES A GEOMETRIE FIXE. UN DISPOSITIF D'ESSAI D'UNE BUTEE HYDRODYNAMIQUE A HUIT PATINS FIXES A ETE CONCU, REALISE ET MIS AU POINT DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE. LE GRAIN FIXE DE LA BUTEE EST FABRIQUE EN BRONZE ET A UN DIAMETRE INTERIEUR DE 0,106 M ET UN DIAMETRE EXTERIEUR DE 0,2 M. LE MODE DE LUBRIFICATION UTILISE EST CELUI PAR BARBOTAGE (BAIN D'HUILE) AU RAYON INTERIEUR. CE DISPOSITIF NOUS PERMET DE MESURER LES CHAMPS DE PRESSION ET DE TEMPERATURE A L'INTERFACE FILM/PATIN, LE DEBIT D'HUILE D'ALIMENTATION (FUITE) ET L'EPAISSEUR MINIMALE DU FILM D'HUILE SEPARANT LES DEUX SURFACES EN MOUVEMENT RELATIF. L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT SUR LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DE LA BUTEE EST EGALEMENT ANALYSEE. LA CHARGE APPLIQUEE VARIE DE 1 A 8 KN, LA VITESSE DE ROTATION DE 500 A 2600 TR/MN ET LA TEMPERATURE D'ALIMENTATION D'HUILE EST MAINTENUE CONSTANTE A 35, 40 ET 45C. LA CONFRONTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX AUX RESULTATS THEORIQUES ISSUS D'UN CODE DE CALCUL THERMOHYDRODYNAMIQUE EST SATISFAISANTE DANS L'ENSEMBLE. DES DIFFERENCES IMPORTANTES ONT ETE OBSERVE SUR QUELQUES PRESSIONS, EN PARTICULIER A FORTES CHARGES ET VITESSES DE ROTATION. ILS SONT DUES PRINCIPALEMENT AUX PROBLEMES DE MESALIGNEMENT (STATIQUE ET DYNAMIQUE) ET AUX DEFORMATIONS (THERMIQUES ET MECANIQUES) DES ELEMENTS DE LA BUTEE QUI NE SONT PAS PRISES EN COMPTE DANS LE CODE DE CALCUL.
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L'influence des effets thermiques et des d formations sur les performances des but es hydrodynamiques g om trie fixe est analys e. Les tudes men es sur les but es hydrodynamiques g om trie fixe allient rarement les effets thermiques et les d formations. Apr s un rappel th orique de la lubrification thermohydrodynamique (THD), nous d crivons les m thodes de calculs des d formations m caniques et thermiques. L' tude thermo lastohydrodynamique (TEHD), qui prend en compte les effets thermiques locaux et les d formations, est r alis e sur une but e hydrodynamique g om trie fixe huit patins. Les champs de pression hydrodynamique et de temp rature sont obtenus par une m thode des diff rences finies et les champs des d placements des surfaces des patins et du collet sont obtenus l'aide de la m thode des l ments finis. Les d formations du collet sont galement prises en compte pour r soudre le probl me TEHD. L'influence des conditions de fonctionnement (charge appliqu e et vitesse de rotation) sur les diff rentes caract ristiques de la but e est galement analys e.
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LES BUTEES HYDRODYNAMIQUES, UTILISEES DANS BEAUCOUP DE MECANISMES SUPPORTANT DES FORCES AXIALES, SONT LE LIEN ENTRE LES SOLIDES EN MOUVEMENT. LEUR BON FONCTIONNEMENT DEPEND DE L'EXISTENCE D'UN FILM MINCE VISQUEUX ENTRE LES SOLIDES COMPOSANT LE CONTACT. LA FORME DE CE FILM LUBRIFIANT AYANT DES EFFETS IMPORTANTS SUR LES CARACTERISTIQUES DES BUTEES HYDRODYNAMIQUES, NOUS AVONS ESSAYE DE DETERMINER L'INFLUENCE DE CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT PARTICULIERES MAIS TRES REALISTES TEL QUE LE MESALIGNEMENT D'UNE SURFACE OU LA SOUS-ALIMENTATION A L'ENTREE DU CONTACT. AFIN D'ETUDIER LE COMPORTEMENT DES BUTEES HYDRODYNAMIQUES A PATINS FIXES, UN MODELE THEORIQUE A ETE DEVELOPPE. IL PREND EN COMPTE LE MESALIGNEMENT DES SURFACES ET LA SOUS-ALIMENTATION DANS LE CONTACT ET INTEGRE UN MODELE DE CALCUL DE TEMPERATURE GLOBALE ET UN MODELE THERMOHYDRODYNAMIQUE. LES EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES SONT RESOLUES PAR LA METHODE DES DIFFERENCES FINIES. DANS L'ETUDE THERMOHYDRODYNAMIQUE, LA RESOLUTION SIMULTANEE DES EQUATIONS DE REYNOLDS, DE L'ENERGIE POUR LE FLUIDE ET DE LA CHALEUR POUR LES SOLIDES PERMET DE DETERMINER LA TEMPERATURE EN TOUT POINT DU FILM LUBRIFIANT ET DES SOLIDES. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT, D'UNE PART, QUE LE MESALIGNEMENT ENTRAINE UNE VARIATION PROPORTIONNELLE DES CARACTERISTIQUES DES PATINS ET, D'AUTRE PART, QUE LA SOUS-ALIMENTATION DIMINUE LA QUALITE DE FONCTIONNEMENT DES BUTEES HYDRODYNAMIQUES. L'INFLUENCE DE LA SOUS-ALIMENTATION SUR LES CARACTERISTIQUES DE CES BUTEES EST SOUVENT PLUS IMPORTANTE QUE CELLE DU MESALIGNEMENT ET LES VARIATIONS DES CARACTERISTIQUES SONT ELEVEES MEME AVEC UN CHANGEMENT FAIBLE DU DEBIT D'ALIMENTATION. CETTE ETUDE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE LES LIMITES DE VARIATION DES DIFFERENTS PARAMETRES ETUDIES COMME LE MESALIGNEMENT MAXIMAL ET LA SOUS-ALIMENTATION MINIMALE. ENFIN, LE BANC D'ESSAI DEVELOPPE SIMULTANEMENT A CETTE ETUDE THEORIQUE PERMETTRA DE VALIDER CES DIFFERENTS RESULTATS.
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CE TRAVAIL A POUR BUT LA RESOLUTION DE CERTAINS PROBLEMES DE MECANIQUE QUANTIQUE EN UTILISANT LES EQUATIONS DE L'HYDRODYNAMIQUE. IL COMPREND QUATRE PARTIES. DANS LA PREMIERE PARTIE, ON CONSOLIDE LES TRAVAUX DEJA EFFECTUES DANS CE DOMAINE EN TENANT COMPTE DE LA POSSIBILITE D'UNE FLUCTUATION DE LA VITESSE DU FLUIDE, CE QUI PERMET D'ETABLIR UN ENSEMBLE D'EQUATIONS HYDRODYNAMIQUES DONT L'EQUATION DE SCHRODINGER N'EST QU'UN CAS PARTICULIER. DANS LA SECONDE PARTIE, ON PASSE EN REVUE LES DIFFICULTES RENCONTREES PAR CERTAINS AUTEURS LORS DE L'ETUDE DE PROBLEMES PARTICULIERS DE MECANIQUE QUANTIQUE, PUIS ON PROPOSE UNE METHODE NOUVELLE DE RESOLUTION BASEE SUR L'HYDRODYNAMIQUE. DANS LA TROISIEME PARTIE, ON S'INTERESSE AU PROBLEME DE L'ETALEMENT DU FLUIDE EN L'ABSENCE DE CHAMP DE FORCES EXTERIEUR, PROBLEME QUI N'A PAS ETE TRAITE JUSQU'A PRESENT. LES EQUATIONS HYDRODYNAMIQUES, EQUIVALENTES DANS CE CAS A L'EQUATION DE SCHRODINGER, DONNENT UNE SOLUTION ORIGINALE QUI DECRIT COMPLETEMENT LE PHENOMENE. DANS LA QUATRIEME PARTIE, ON ETUDIE L'ETALEMENT DU FLUIDE DANS UN SAUT DE POTENTIEL FORME PAR UNE CAVITE SPHERIQUE EN UTILISANT LES EQUATIONS HYDRODYNAMIQUES EQUIVALENTES A L'EQUATION DE SCHRODINGER, CE QUI PERMET DE TROUVER DES SOLUTIONS ORIGINALES QUI METTENT EN EVIDENCE LA POSSIBILITE D'UN EFFET TUNNEL
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Le développement du transfert de chaleur ainsi que celui de l'écoulement bidimensionnel incompressible d'un fluide visqueux, autour d'un cylindre mis brusquement en mouvement rectilinéaire sont étudiés numériquement pour une large gamme de nombre de reynolds (re = 1 a 9500). Nous avons entamé cette étude dans le but de voir si une déformation radiale contrôlée du diamètre du cylindre pouvait nous permettre de contrôler le sillage, puis de mettre en place un outil qui pourra, par la suite, simuler la dynamique des bulles. Pour la résolution numérique on utilise, pour l'équation de transport de la vorticite et pour l'équation de l'énergie, une méthode de différences finies d'ordre deux dans les deux directions du domaine de calcul. L’équation de poisson pour les lignes de courants est résolue par une méthode s.o.r. L'avancée dans le temps se fera à l'aide de la méthode adams-bashforth pour des nombres de reynolds inférieurs ou égaux à 3000. Pour des nombres de reynolds supérieurs a 3000, nous utiliserons la méthode de runge-kutta d'ordre quatre. Nous avons d'abord reconfirmé tous les résultats précédemment trouvés par des simulations expérimentales et numériques dans le cas d'un cylindre indéformable. Puis nous nous sommes intéressés à l'influence de la déformabilité du cylindre sur la structure de l'écoulement, sur l'échange thermique et sur la trainée. Une augmentation du diamètre crée une force de propulsion qui diminue l'effet de la force de trainée, tandis qu'une diminution du diamètre aspire les tourbillons primaire et secondaire vers le cylindre réduisant ainsi le sillage et donc la trainée. Nous montrons également qu'un accroissement du diamètre rend l'échange de chaleur entre le fluide et la paroi plus homogène à l'arrière du cylindre.
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ETUDE THEORIQUE DU COMPORTEMENT D'UNE BUTEE EN TENANT COMPTE DE L'EFFET THERMIQUE. ON PRESENTE DEUX METHODES DE CALCUL. LA PREMIERE CONSIDERE LA VARIATION GLOBALE DE LA VISCOSITE. LA SECONDE EST BASEE SUR LA RESOLUTION SIMULTANEE DE L'EQUATION DE REYNOLDS GENERALISEE ET DES EQUATIONS DE L'ENERGIE DISSIPIDE DANS LE FILM
Author: Antoine Ducoin (chercheur en hydrodynamique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 330
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L'étude se place dans le contexte industriel de dimensionnement des structures navales telles que les safrans stabilisateurs et les hélices marines en collaboration avec un industriel du secteur naval. La thèse porte sur l'étude expérimentale et numérique du chargement hydrodynamique d’un hydrofoil en régime transitoire incluant la prise en compte du couplage fluide structure. Les nombres de Reynolds étudiés sont compris entre 750 000 et 1 500 000. Le régime transitoire est caractérisé ici par une montée-descente en incidence à vitesse de rotation variable (lente, moyenne et rapide). La double approche, expérimentale et numérique, permet une analyse fine des phénomènes rencontrés, et permet de donner des éléments de réponse sur la fiabilité des calculs pour la prédiction des chargements hydrodynamiques. Les essais en tunnel hydrodynamique portent sur la mesure de pression pariétale, de déplacements et de cavitation. Les calculs sont effectués d'une part avec le code volumes finis CFX pour résoudre l'écoulement, en utilisant des modèles hydrodynamiques adaptés à l'étude (Euler, visqueux, modèle de turbulence , modèle de transition ). D'autre part, le code éléments finis ANSYS permet de calculer la réponse structurelle de l'hydrofoil soumis au chargement hydrodynamique. Le couplage est pris en compte par échange de données physiques à l’interface fluide structure. L'étude de l'évolution spatio-temporelle du champ de pression pariétale autour de l’hydrofoil rigide en mouvement de rotation transitoire a tout d'abord été menée. La transition laminaire turbulent a été identifiée, résultant de la formation d’un bulbe de décollement laminaire. Pour les faibles vitesses de rotation, le passage de la transition au bord d'attaque a un impact important sur le chargement qui se traduit par une évolution en plateau autour de 5°. Pour les fortes vitesses de rotation, l’effet de la transition sur le chargement est réduit. On observe la disparition de l’évolution en plateau qui conduit à une valeur plus importante du chargement hydrodynamique au décrochage. Un fort phénomène d’hystérésis est constaté lors du retour à 0°. L’analyse expérimentale de la distribution spatio-temporelle des fluctuations de pression a permis d’associer des fluctuations de pression périodique à des lâchers tourbillonnaires derrière le bulbe de décollement laminaire. Pour les fortes vitesses de rotation, un retard de la transition est constaté tandis que les fréquences de lâchers tourbillonnaires et les grandeurs du bulbe sont constantes.Le couplage fluide structure est ensuite étudié sur des hydrofoils dits « déformables ». Une étude stationnaire a permis de relier le chargement hydrodynamique aux déformations de la structure qui, lorsqu'elle se vrille, induit une modification locale de l'incidence suivant l'envergure. Une étude en régime transitoire a montré que l’impact des régimes d'coulement est clairement visible sur les déplacements. De plus, le comportement structurel de l'hydrofoil a aussi été étudié en régime cavitant et montre un fort impact de la cavitation, que ce soit à incidence fixe ou en régime transitoire. D’importantes fluctuations structurelles et variations d’incidence ont été relevées qui peuvent induire un fort couplage entre l’hydrofoil et l’écoulement cavitant.
Author: Mohammed Bennouna Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Le présent travail présente une modélisation numérique des comportements hydrodynamiques des paliers cylindrique, elliptique et bilobé. Les déformations élastiques des parties solides sont prises en compte. La méthode des différences finies est utilisée pour la détermination du champ de pression. Le calcul numérique est accompli à l'aide d'un processus itératif en résolvant simultanément les équations de Reynolds, de l'énergie dans le film et de conduction thermique dans les parties solides. L'influence des conditions de fonctionnement sur l'intensité des champs de pression, de la température, le déplacement et le stress, est également analysée. En ce qui concerne la lubrification EHD, nous pouvons affirmer que la prise en compte des déformations élastiques dues à la pression de fluide est indispensable. Plusieurs études s'intéssent aussi aux effets thermiques dans les paliers. Les études TEHD sont plus réalistes que les études EHD, elles permettent une bonne estimation de la température du film mais aussi des déformées thermiques des solides. Dans le cas d'un palier très chargé, les déplacements engendrés peuvent être de l'ordre de l'épaisseur minimale du film. La principale difficulté d'une analyse thermique est le temps de calcul qui peut devenir prohibitif dans le cas d'études paramétriques. Une approche numérique originale, basée sur un retour aux équations de la mécanique des fluides générale et prenant en compte le couplage fluide/solide et les effets thermiques est proposée ici dans le but d'apporter des éléments physiques supplémentaires aux modélisations usuelles. Dans un premier temps, l'influence des effets de la géométrie sur l'évolution du champ de pression et de l'épaisseur du film sont mises en évidence. Dans un deuxième temps, on constate l'impact des différentes formes de la rugosité sur les performances des paliers. L'utilisation du modèle TEHD devient impérative dès lors que la pression spécifique dépasse certaines limites admissibles ou que la vitesse de rotation est supérieure à 30 m/s.
Author: Said Abdallah Ahmed
Author: Said Abdallah Ahmed
Author: Azzedine Dadouche
Author: AHMED-S.
Author: Tuan Tran Viet
Author: YVES.. CASIER
Author: Samir Hanchi
Author: Mustapha Kaddouri
Author: Alexandre Favre
Author: Antoine Ducoin (chercheur en hydrodynamique).)
Author: Mohammed Bennouna