Computational Fluid Dynamics study of heavily loaded fixed-pad thrust bearings operating under thermoelastohydrodynamic regime
Etude numérique (CFD) de butées à patins fixes fortement chargés fonctionnant en régime thermoélastohydrodynamique
Résumé
The present Thesis investigates the effects of thermal deformations on the performance of fixed-pad thrust bearings operating under high loads and temperatures. The presented work consists of two main parts. Firstly, in order to identify the mechanisms of pressure build-up in parallel surface thrust bearings, the different theories proposed in the scientific literature have been evaluated. To this end, a CFD-based thermoelastohydrodynamic (TEHD) model has been generated, accounting for all the physical phenomena of the lubricant, of the solid domains and their interaction, which have been suggested in the literature as phenomena contributing to the pressure build-up mechanism of the parallel thrust bearing. The importance of each theory has been quantified and a final modelling approach has been proposed, for accurately evaluating the performance of a parallel thrust bearing. Furthermore, the generated model has been validated against experimental results of the literature. The second part of the Thesis utilises the previously proposed modelling approach to evaluate contemporary designs of thrust bearings, such as textured, coated, pocket and tapered-land bearings. In conclusion, the thermal deformations of the bearing pad are established as the main pressure build-up mechanism in parallel thrust bearings. Moreover, they contribute significantly to the TEHD performance of textured and coated bearings. Contrariwise, on pocket and tapered-land bearings, the thermal deformations are of negligible importance, even at high loads and operating temperatures.
Dans la présente thèse sont étudiés les effets des déformations thermiques sur les performances des butées à patin fixe fonctionnant sous des charges et des températures élevées. Le travail présenté se compose de deux parties principales. Dans une première étape, afin d'identifier les mécanismes de génération de pression dans les butées à surfaces parallèles, les différentes théories proposées dans la littérature scientifique ont été évaluées. À cette fin, un modèle thermoélastohydrodynamique (TEHD) basé sur la Dynamique de Fluides Numérique (CFD) a été généré, en tenant compte tous les phénomènes physiques du lubrifiant, des solides et de leur interaction, qui ont été suggérés dans la littérature comme des phénomènes contribuant au mécanisme de génération de pression des butées à faces parallèles. L'importance de chaque théorie a été quantifiée et une modélisation finale a été proposée afin d’évaluer avec précision les performances d'une butée à faces parallèles. De plus, le modèle généré a été validé par rapport aux résultats expérimentaux de la littérature. La deuxième partie de la thèse utilise l'approche de modélisation proposée précédemment pour évaluer les conceptions contemporaines de butées, telles que les butées à surfaces texturées, revêtus, à poche et à plan incliné. En conclusion, les déformations thermiques des patins de la butée ou de la glissière sont établies comme le principal mécanisme de création de pression dans les butées à surfaces parallèles. En outre, elles contribuent de manière significative aux performances TEHD des butées texturées et revêtues. Au contraire, sur les butées à poche et à plan incliné, les déformations thermiques sont d'une importance négligeable, même à des charges et des températures de fonctionnement élevées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)