Effet de la variation des caractéristiques du lubrifiant

Les effets de 7 % massique d’eau dans l’huile sur les caractéristiques étudiées au paragraphe précédent sont résumés dans le Tableau 10.

Caractéristique Huile pure Huile + 7 % eau

cp (J.kg-1.K-1) 2000 2152,6

λ (W.m-1.K-1) 0,13 0,1365 ”…” 0,1587

μ à 20°C (mPa.s) 119,9 147,1

μ à 80°C (mPa.s) 10,5 12,3

ȡ à 40°C (kg.m-3) 855 863,5

Afin de comparer l’effet de la variation de chacune de ces caractéristiques engendrée par la pollution par de l’eau de l’ISO VG 46, des cas tests de calculs ont été réalisés en faisant varier une seule caractéristique à chaque fois, toutes choses égales par ailleurs. Ces cas tests ont été choisis arbitrairement sur l’ensemble de la plage de vitesse et de charge. Des grandeurs caractérisant la lubrification, comme l’épaisseur du film et la température maximale de l’interface patin/film, ont été observées et comparées au cas de calcul avec les caractéristiques de l’huile pure. Le « Tableau 11 » montre un exemple de résultats de ces calculs pour une charge de 7 000 N et une vitesse de 10 000 tr/min. La première ligne correspond au calcul avec les caractéristiques de l’huile pure. Lors de la variation de « λ » celle-ci a été majorée à 0,16 W.m-1.K-1, afin de montrer l’effet maximal qu’elle peut produire. De même, pour la masse volumique, deux cas de calculs correspondant à 840 et 870 kg.m3 sont présentés dans le tableau (lors du calcul correspondant à la première ligne, la masse volumique a été définie à 860 kg.m3).

Epaisseur du film

(μm) Variation Température max.(°C) Variation

Huile pure 45,11 95,1 cp=2153 J.kg-1.K-1 45,50 +0,9 % 93,9 -1,3 % λ=0,16 W.m-1_.K-1 _{44,26 -1,9 % 95,3 +0,2 %} λ=0,16 W.m-1_.K-1 et cp=2153 J.kg-1.K-1 44,52 -1,3 % 94,3 -0,8 % Viscosités de 7% 46,91 +4 % 97,2 +2,2 % ȡ = 870 kg.m-3 _{45,19 +0,18 % 94,9 -0,2 %} ȡ = 840 kg.m-3 _{44,98 -0,07 % 95,6 +0,5 %}

Tableau 11 : Effet des différentes caractéristiques de l’huile sur la lubrification.

En se basant sur le Tableau 11, les observations suivantes peuvent être réalisées :

• En augmentant la valeur de la chaleur spécifique du lubrifiant, on constate une amélioration des caractéristiques de fonctionnement de la butée ; l’épaisseur du film d’huile a augmenté d’environ 0,9 % et la température maximale a diminué dans les mêmes proportions. Ceci peut être expliqué par l’amélioration de la capacité du fluide à évacuer la chaleur, la chute de température provoquant une augmentation de la viscosité locale et par conséquent un film plus épais.

• En remplaçant la conductivité thermique de l’huile pure par 0,16 W.m-1_.K-1_{, les effets} vont dans un sens inverse que celui du cas précédent. L’épaisseur du film a diminué d’environ 1,9 %, et la température maximale a augmenté. Malgré la meilleure efficacité du lubrifiant à évacuer la chaleur, ce dernier conserve, dans le cas de conductivité plus importante, une température plus grande (résultat direct de la loi de Fourier pour un même flux thermique). Ceci explique les résultats en considérant la

Chapitre IV - ETUDE THEORIQUE DE L’EFFET DE L’EAU

• Comme les effets des deux paramètres déjà décrits ont montré deux sens inverses, le troisième cas de calcul se base sur une variation de ces deux paramètres simultanément. Le résultat est une diminution de l’épaisseur de film d’environ 1,3 % et une diminution de la température maximale d’environ 0,8 %. On constate que dans ce cas, la température du film est plus élevée que dans le cas de l’huile pure.

• La variation de viscosité montre les effets les plus significatifs : en remplaçant les valeurs de viscosité de l’huile par les viscosités de l’émulsion d’eau dans l’huile à 7 % massique d’eau, l’épaisseur du film a augmenté d’environ 4 %. La température a aussi augmenté de 2,2 %. Nous ne présentons pas d’explication de l’effet de la variation de viscosité à ce niveau du texte du fait que cette explication est donnée par la suite du chapitre.

• La variation de la masse volumique due à la présence de l’eau n’a pas montré d’effets significatifs sur les grandeurs calculées. Cependant, il peut être remarqué que l’augmentation de la masse volumique tend à augmenter l’épaisseur du film et à diminuer la température. Ceci s’explique par l’augmentation du pouvoir refroidissant du lubrifiant du fait qu’un même volume contient une masse plus importante du lubrifiant.

En conclusion, parmi les effets de la contamination par de l’eau, la variation de la viscosité du lubrifiant s’avère le seul paramètre de premier ordre agissant sur les caractéristiques de fonctionnement de la butée. Pour toutes les vitesses et charges étudiées, l’épaisseur du film, la température et le couple de frottement calculés ont montré des sensibilités significatives à la variation de la viscosité générée par la présence de l’eau. Les autres grandeurs calculées comme le débit ou le champ de pression sont restées invariantes avec la présence de l’eau. Ainsi, les simulations numériques présentées aux paragraphes suivants ont été réalisées en ne faisant varier que la viscosité du lubrifiant afin de prendre en compte la contamination et seules les grandeurs sensibles à la contamination ont été observées. Afin d’accomplir des comparaisons significatives avec les mesures, deux enjeux principaux sont à considérer :

• Une première comparaison numérique/expérimental dans le cas de lubrification avec de l’huile non polluée est indispensable pour la compréhension du comportement de la butée d’essais à l’égard des résultats numériques.

• Une deuxième comparaison numérique/expérimental doit suivre la première montrant l’effet de la présence de l’eau dans le lubrifiant, que ce soit le lubrifiant réel ou le lubrifiant simulé.

IV.3 Lubrification avec de l’huile pure

Les résultats sont présentés pour quatre charges différentes : 2 000 N, 4 000 N, 5 000 N et 8 000 N. Il s’agit de deux fonctionnements différents de la butée, avec quatre ou avec huit patins, et dans les deux cas, les résultats numériques sont confrontés aux mesures.