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Etude thermique d'un frein a disque



  1. #1
    nicolas au canada

    Etude thermique d'un frein a disque


    ------

    Bonjour,
    Quelqu'un pourrait me dire comment calculer l'echauffement d'un frein a disque lors du freinage. J'ai calcule l'energie generee par le frottement mais je ne sais pas caculer l'echange de chaleur par convection avec l'air ambiant. En particulier, comment trouver un coefficient de convecton moyen pour une vitesse d'environ 50km/h ?

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    Lambda0

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Salut

    je n'ai pas la réponse numérique, mais on peut peut-être considérer que la conductivité thermique de l'air étant beaucoup plus faible que celle du métal du disque, toute l'énergie cinétique absorbée sert dans un premier temps à chauffer le disque, qui se refroidit ensuite plus lentememt par convection (et aussi par rayonnement!).
    Si le freinage est rapide, on doit donc pouvoir calculer assez simplement un ordre de grandeur de l'élévation de température du disque, connaissant sa capacité calorifique (dU = C.dT).
    Si le freinage est plus lent, il faut tenir compte de la convection et du rayonnement, ce qui est déjà plus compliqué dans un cas réel
    (il faut écrire et résoudre une équation différentielle).

    A+

  4. #3
    nicolas au canada

    Cool Re : etude thermique d'un frein a disque

    merci pour la réponse
    en effet, pour un freinage lent, ce n'est pas trés important mais ce qui m'intéresse, c'est de calculer le refroidissement du disque entre deux freinage. Cela se fait par convection ( et radiation) Il reste donc à trouver le coefficient de convection h, ce qui n'est pas simple pour ce cas

  5. #4
    zoup1

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    La réponse ne peut pas être simple car elle dépend largement de l'écoulement de l'air autour du disque... Dans un cas réel il y a fort à parier que celui-ci dépend assez largement de la vitesse du véhicule. Mais cela dépend aussi sans doute de la géométrie précise du disque. Je suis par exemple certain que sur des voitures un peu sportive, l'écoulement de l'air autour du disque est soigneusement étudié pour facilité sa circulation et éviter qu'il stagne de façon à augmenter le transfert.
    Je te donne une idée, tu me donnes une idée, nous avons chacun deux idées.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Lambda0

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour

    Voici encore quelques idées.
    Je ne m'y connais pas beaucoup en thermique, mais j'analyserais le problème global de la façon suivante (pas de formules pour l'instant, seulement un raisonnement physique).

    Le disque se refroidit de plusieurs manières :
    1: il est relié mécaniquement à d'autres organes mécaniques. Il se refroidit donc par conduction vers ces autres organes à travers la résistance thermique de la liaison. Il peut y avoir également un système de refroidissement par un fluide, qu'il faut prendre en compte dans le bilan
    2: il se refroidit également par conduction de l'air environnant, proportionnellement à la surface de contact
    3: il rayonne un spectre thermique

    Il faut donc commencer par faire un schéma faisant apparaitre les surfaces de contact en jeu et les conductivités thermiques.

    Je détaille un peu la contribution 3 :
    Le rayonnement thermique dépend de la température du disque et de son émissivité. En première approximation, considérer que cette émissivité est constante (c'est faux en toute rigueur).
    La puissance rayonnée vers l'environnement, par unité de surface, vaut alors : P = e.K3.T^4, avec K3=1.8E-8 (SI), T température en K,e émissivité (formule de Stefan).
    Exemple de calcul d'ordres de grandeur :
    disque d=30cm, e=0.5, T=400°C=673K -> P=-131W
    Symétriquement, le disque absorbe de l'énergie de la part de son environnement. Si l'environnement du disque est à 350K, il reçoit un éclairement de 271 W/m² et en absorbe une certaine partie.
    En reprenant les valeurs ci-dessus P'=+19W
    (calculs en ne considérant qu'une face du disque).
    La contribution radiative au refroidissement peut donc facilement représenter une centaine de W au début du refroidissement.
    Il est important de noter la dépendance en T^4.

    Même sans avoir de valeur précise de l'émissivité/absorption, il faudrait faire un calcul d'ordre de grandeur en fonction des surfaces réelles (et de la bonne valeur de température initiale) pour vérifier ssi le refroidissement radiatif est négligeable devant le refroidissement convectif, et si ce n'est pas le cas, faire un calcul plus précis en posant l'équation différentielle la plus générale.

    Je ne réponds toujours pas à ta question, car je ne sais pas quelle est la définition précise de ce paramètre h (et ça fait longtemps que je n'ai pas fait de calculs de thermique).
    Il s'agissait seulement de mentionner l'influence éventuelle du refroidissement radiatif dans le cas où le disque atteint une température élevée.
    En suivant Zoup1, le calcul de la contribution convective doit probablement être traité comme un problème de mécanique des fluides.

    A+

  8. #6
    Jeanpaul

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Le disque est en effet en contact intime avec la jante de la roue, ce qui fait que les pneus chauffent quand on freine beaucoup.
    Le coefficient d'échange avec l'air varie avec la vitesse, de l'ordre de v^0.7 ou v^0.8 ; il dépend de la forme de l'environnement du frein.
    Je ne connais pas exactement la valeur du coefficient d'échange mais tu peux le calculer en disant que si on fait le test d'endurance de la revue Auto Motor und Sport, qui consiste à faire 10 fois la séquence :
    - accélérer de 60 à 100 km/h raisonnablement (imagine une puissance de 20 kW pour un véhicule de 1 tonne)
    - freiner au max (0.8 g)
    la température du disque va osciller autour de 400°C.

    Ca devrait donner au moins un ordre de grandeur. Noter que l'essentiel de l'énergie passe dans les freins avant.

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  10. #7
    duplaton

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour,
    dans le cadre d'un projet sur les freins à disques en composite carbone-carbone de formule1 je me demandais pourquoi le rendement de ceux-ci est supérieur lorsque les températures sont élevées. Y a-t-il un phénomène de dilatation ou est-ce autre chose???
    Merci d'avance

  11. #8
    rezki

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Citation Envoyé par nicolas au canada Voir le message
    Bonjour,
    Quelqu'un pourrait me dire comment calculer l'echauffement d'un frein a disque lors du freinage. J'ai calcule l'energie generee par le frottement mais je ne sais pas caculer l'echange de chaleur par convection avec l'air ambiant. En particulier, comment trouver un coefficient de convecton moyen pour une vitesse d'environ 50km/h ?
    bonjour nicola, pouvez vous m'envoyé ce que vous avez obtenu comme résultat parceque je travail dans le meme projet, je suis un étudiant en master 2 recherche propulsion terrestre et aerospatiale a paris 10.. merci

  12. #9
    zephir84

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Citation Envoyé par rezki Voir le message
    bonjour nicola, pouvez vous m'envoyé ce que vous avez obtenu comme résultat parceque je travail dans le meme projet, je suis un étudiant en master 2 recherche propulsion terrestre et aerospatiale a paris 10.. merci
    Nicolas n'a pas perticipé au forum depuis presque 4 ans...
    Il y a peu de chance qu'il te répondre.
    Méfiance donc lorsque l'on déterre des sujets. Mieux vaut parfois creer une nouvelle discution.

  13. #10
    rezki

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour;
    svp dite moi comment créer une nouvelle discussion;
    merci

  14. #11
    stefjm

    Re : etude thermique d'un frein a disque

    Citation Envoyé par rezki Voir le message
    Bonjour;
    svp dite moi comment créer une nouvelle discussion;
    merci
    http://forums.futura-sciences.com/physique/
    Poser votre question en haut à gauche.
    @+
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  15. #12
    LAURENT27W

    Re : Etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour,
    10 ans après ce post, je voudrais poser une question aux professionnels du freinage.
    Sur un véhicule moderne, comment s'écoule l'air dans le passage de roue pour améliorer le refroidissement des disques de frein, principalement a l'avant du véhicule.
    Quel est le disque le plus adapté a nos véhicules actuels, disque a bol droit ou a bol inversé, juste dans le cadre du refroidissement des freins.
    Cordialement.

  16. Publicité
  17. #13
    invite07941352

    Re : Etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour,
    C'est juste ma réponse , mon avis personnel .
    Sur les véhicules modernes courants , l'écoulement de l'air dans le passage de roue est totalement négligé devant d'autres considérations , esthétique des ailes par exemple .
    On compense en mettant des disques plus massifs ( par rapport à ce qu'ils pourraient être en étant mieux ventilés).
    Si on monte en gamme et en puissance , on trouvera des entrées d'air sur l'avant ... Mais rien pour la sortie .
    Et enfin, des entrées d'air sur l'avant , un conduit de type boa et une évacuation étudiée pour éviter la compression dans la partie arrière de l'aile .
    Bol ou plat , c'est d'abord selon le dessin du train avant pour pouvoir tout loger , étrier et disque dans les jantes , selon les largeurs et déports de jantes .
    Par contre, il faudrait évoquer les disques ventilés à canaux radiaux : plus efficace ??? Peut être , oui, mais plus lourd et plus épais ....
    "Un état bien dangereux : croire comprendre "

  18. #14
    LAURENT27W

    Re : Etude thermique d'un frein a disque

    Merci pour ta réponse.
    Je veux juste connaitre, l'écoulement de l'air dans un disque ventillé.
    L'air entre tel par le côté intérieur, côté transmission (pour une traction AV) ou côté face d'appuie de la jante sur le disque.
    D'ou le choix d'un disque a bol inversé ou a bol droit. C'est juste la partie thermique et refroidissement qui m'intéresse, pas la partie déformation sous influence de la chaleur.
    Cordialement.

  19. #15
    invite07941352

    Re : Etude thermique d'un frein a disque

    Re,
    Les ailettes , disposées comme un rotor de pompe centrifuge , pompent l'air en périphérie et le rejettent à l'intérieur .
    "Un état bien dangereux : croire comprendre "

  20. #16
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : Etude thermique d'un frein a disque

    Bonjour,
    C'est juste quelques informations.
    Cordialement.
    Jaunin__

    http://www.comsol.fr/search/?s=Therm...f+a+disc+brake

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