géneralité sur le mecanique de fluide
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1 S.MERABTI
INTRODUCTION.
L'utilisation des milieux fluides est très courante dans les réalisation industrielles.
Leur transport, dans des réservoirs ou des canalisations, constitue la principale
préoccupation lorsque ces corps sont des matières premières comme l'eau, le
pétrole, le gaz naturel ...
Ils servent également à véhiculer l'énergie qu'ils accumulent sous forme de
pression ou de vitesse (centrale hydroélectrique, vérins, moteurs hydrauliques ou
pneumatiques).
L'omniprésence des milieux fluides justifie l'étude de leur comportement.
DÉFINITION D'UN FLUIDE.
Un corps fluide se différencie d'un corps solide par son aptitude à la
déformation. Dans un milieu fluide , les interactions entre les molécules sont
faibles; ce qui autorise une déformation.
Un corps fluide adopte ainsi la forme du réservoir qui le contient.
DÉFINITIONS
Fluide incompressible.
Un fluide est dit incompressible lorsque que le volume occupé par une masse
donnée ne varie pas en fonction de la pression extérieure. La masse volumique ρ
(kg/m3) est constante (eau , huile ...).
Fluide compressible
Un fluide est dit compressible lorsque que le volume occupé par une masse
donnée varie en fonction de la pression extérieure. La masse volumique ρ est
variable. Les gaz sont des fluides compressibles.
Fluide parfait
Dans un fluide parfait, les forces de contacts sont perpendiculaires aux éléments
de surfaces sur lesquelles elles s'exercent.
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Fluide réel
Dans un fluide réel, il existe des forces (tangentielles) élémentaires qui
s'opposent au mouvement. C'est ce que l'on appelle la viscosité.
Nota: Un fluide réel au repos, peut être considéré comme parfait.
Propriétés physiques
Les principales propriétés physiques des fluides sont la masse volumique ou
masse par unité de volume et la viscosité qui mesure la résistance du fluide au
changement de forme.
Fluides newtoniens et non newtoniens
Les fluides sont classés selon la variation de leur viscosité en fonction de la
contrainte exercée à une température donnée. On parle de fluide newtonien
lorsque la viscosité reste constante quand la contrainte varie, l'eau est un fluide
newtonien.
En revanche, le fluide est non newtonien si la viscosité varie lorsque la
contrainte varie, la pâte de dentifrice, la boue liquide ou le yaourt sont des
fluides non newtoniens.
Les grands principes de la mécanique des fluides
Régimes d'écoulement
Un écoulement est caractérisé par son régime. Il est laminaire lorsqu'à un instant
"t", tous les vecteurs de vitesse du fluide sont parallèles et égaux. Le régime est
turbulent dans le cas contraire (vecteurs vitesses de direction et de normes
différents).
Le nombre de Reynolds qui définit un régime d'écoulement varie de façon
inversement proportionnelle à la viscosité et proportionnelle au diamètre de la
section du tube où a lieu l'écoulement.
Loi de Bernoulli
Pour un fluide parfait (force de frottement sur les parois nulles) dans un tube de
petite section, il y a conservation de l'énergie en tout point du tube.
Cette loi explique que, dans le cas d'une restriction dans un tube, pour maintenir
un débit constant, c'est la vitesse qui augmente au niveau de la restriction.
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Les applications de la mécanique des fluides
Ingénierie
La mécanique des fluides fait partie des sciences de l'ingénieur qui pourra
évaluer, prédire ou expliquer le comportement d'un fluide dans un circuit ou
dans un environnement en fonction des conditions de fonctionnement.
Il pourra calculer un appareil et dimensionner un équipement (calcul d'une
pompe ou d'un venturi par exemple).
Domaines
Cela concerne donc tous les domaines industriels et scientifiques où on utilise de
l'eau, un liquide organique quelconque ou un gaz. On peut imaginer facilement
l'énorme étendue des secteurs utilisant la mécanique des fluides.
Ainsi, des secteurs comme les centrales nucléaires, les industries chimiques et
alimentaires, l'aéronautique, la géologie, la météorologie, etc. vont faire appel à
la mécanique des fluides.
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TP: calcule le débit volumique d’un écoulement
1. But de TP :
Mesure de débit.
2. Mesure des débits et des vitesses :
2.1. Généralités :
Le débit (Q) est égal à volume / Temps et aussi égal à : vitesse x surface
Q = V/T = V.S
La répartition de la pression sur la paroi s’appelle l’épure de pression.
P=pgh (avec P : pression absolue).
La force de pression applique sur une surface plan vertical est donné par :
Fp =1/2 pgh (HG =1/2h : hauteur du centre de gravité de la surface).
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Légende :
Réservoir
vidange
conduite de refoulement
tube horizontal (calcul la vitesse)
vanna
chronomètre
3. Besoin matériel : la règle, un chronomètre
4. mode opératoire :
a) Initialiser le chronomètre
b) Enclencher la pompe
c) Dés que le régime normal est établit, fermer la vidange
d) Après un certain temps T, stopper la pompe
e) Mesurer le volume d'eau dans le réservoir
5. Résultat :
h1=600mm T1= 24”
h2=700mm T2 = 32”
h3=800mm T3 = 44”
On calcule le débit volumique :
V1 = 25 mm3/s
V2 = 21.875 mm3/s
V3 = 18.18 mm3/s