Étude des écoulements diphasiques liquide-gaz dans un contact rugueux pour des applications d’étanchéité métallique hautes performances

Overview & Synopsis

Certaines applications industrielles sont soumises à des normes d’étanchéité strictes pour différentes raisons notamment sécuritaires. Les assemblages mécaniques qu’elles utilisent sont constitués de deux brides en matériau métallique dur et d’un joint en matériau métallique mou. Les brides possèdent des défauts de surface dus au procédé de fabrication (notamment par tournage), offrant des interfaces comportant des défauts multi-échelles qui persistent lors du serrage. A ce jour, l’étanchéité d’un joint est caractérisée par un test en gaz même si ce dernier doit étancher un liquide, à cause de la complexité d’analyse d’une fuite liquide (capillarité, mouillabilité,etc.). Dans un premier temps, nous abordons cette dernière problématique en réalisant des mesures de fuite liquide dans des microcanaux, idéalisant l’interface bride-joint. Ces microcanaux sont gravés sur une couche d’aluminium et recouverts d’un plan en verre. Lors de ces mesures, nous avons observé que la prédiction numérique d’une fuite liquide dépend de la bonne approximation des effets capillaires et de mouillabilité. Un autre effet, lié aux écoulements en film, est ensuite étudié en considérant un chemin de fuite résultant de l’interface bride-joint comme un canal de section triangulaire aplatie, en approximation de la strie d’usinage de la bride. La modélisation est basée sur la théorie de la lubrification en considérant deux scénarios où l’on impose soit un débit constant en entrée du canal soit une pression constante. Dans le premier cas, on montre que l’écoulement du liquide peut présenter deux régimes : un développement des films dans les coins avec une augmentation d’épaisseur en entrée suivi d’une invasion complète lorsque l’épaisseur en entrée atteint un certain seuil. Dans le deuxième scénario, selon le niveau de pression imposé, l’écoulement peut être dans un régime où l’écoulement ne se développe que dans les coins ou plutôt dans un régime où le liquide s’écoule dans tout le canal avec un film en amont. Partant de cette dernière étude, une analyse simplifiée permettant de prédire et d’estimer le temps d’apparition d’une fuite liquide est proposée. Nous développons ensuite un calcul de fuite lorsque l’écoulement se produit avec changement de phase sous une condition de pression