Etude théorique et expérimentale du comportement thermohydrodynamique des garnitures d'étanchéité

Les garnitures d'etancheite sont utilisees pour assurer l'etancheite d'arbres tournants lorsque les conditions de vitesse, de pression et de temperature ne permettent pas l'utilisation de joints classiques en elastomere. Pour un fonctionnement optimal, les deux bagues constituant une garniture doivent etre separees par un film fluide tres mince afin d'eviter l'usure des faces du joint tout en limitant la fuite a une valeur acceptable. L'elevation de temperature due au frottement visqueux modifie considerablement les conditions de lubrification de l'interface du joint. Les phenomenes thermiques jouent donc un role essentiel dans les joints d'etancheite a faces radiales et constituent le sujet de recherche de cette these de doctorat. Une analyse bibliographique approfondie a permis de definir les hypotheses necessaires a une modelisation theorique du comportement thermoelastohydrodynamique des garnitures d'etancheite. Les equations de conservation dans le film fluide ont ete etablies puis discretisees par la methode des elements finis dans l'hypothese d'un fonctionnement stationnaire. La resolution de l'equation de l'energie a necessite l'utilisation d'un schema numerique adapte aux problemes de convection. Les echanges de chaleur avec les anneaux du joint et les deformations thermoelastiques sont pris en compte par la methode des coefficients d'influence. Un algorithme iteratif permet la determination des champs tridimensionnels de pression, de vitesse et de temperature au sein du film fluide dans le cas d'ecoulement laminaire et turbulent. L'etude parametrique realisee avec le modele numerique contribue a une meilleure connaissance de l'influence des conditions de fonctionnement, des parametres de conception et des defauts geometriques sur les performances d'une garniture d'etancheite. En outre, des releves de temperature effectues par thermographie infrarouge sur un joint experimental developpe a cet effet, ont permis de valider le modele numerique.