A windage power loss model based on CFD study about the volumetric flow rate expelled by spur gears

Modèle des pertes par ventilation basé sur une étude numérique du débit d’air éjecté par une denture droite d’engrenage

¹ Universitéde Lyon, ECAM Lyon, Laboratoire d’Énergétique, 40 montée Saint-Barthélemy, 69005 Lyon, France
² Université de Lyon, CNRS, INSA-Lyon, LaMCoS UMR 5259, 18–20 rue des Sciences, 69621 Villeurbanne, France

^a Corresponding author: yann.marchesse@ecam.fr

Received: 1 February 2012
Accepted: 25 September 2012

Abstract

This paper investigates the windage power losses generated by spur gears rotating in pure air by using a computational fluid dynamics (CFD) code. The three-dimensional simulations are at first validated comparing CFD predictions with the power losses measured in similar conditions from other investigations. The volumetric flow rate which is expelled by the teeth is then analysed, and a correlation which is based on a classical approach used in turbomachinery is finally proposed which makes it possible to estimate windage losses for spur gears. It was observed that this latter approach seems satisfying since the formulation of the volumetric flow rate which is employed in the model is appropriate to each gear.

Résumé

Cette étude s’intéresse aux pertes par ventilation observées dans le cas d’engrenages droits et estimées à l’aide d’un code de calcul classique. L’approche numérique est d’une part validée par comparaison des prévisions numériques des pertes avec celles mesurées dans des conditions similaires. Les débits éjectés par la périphérie des roues dentées sont ensuite analysés, et un modèle capable d’estimer les pertes par ventilation et basé sur une analogie avec la cinématique de l’écoulement dans un système rotor est d’autre part proposé. Ce modèle semble adapté à l’estimation des pertes tant que le modèle du débit éjecté reste en rapport des roues dentées étudiées.