Présentation
Auteur(s)
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Francis DUPRIEZ : Ingénieur de l’Institut Industriel du Nord de la France - Directeur du centre de Lille de l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)
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Jean-Pierre FLODROPS : Ingénieur civil de l’aéronautique - Ingénieur de recherche à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA) - Centre de Lille
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les molécules qui sont, à un instant donné, au voisinage immédiat du point de mesure considéré vont, dans le cours du mouvement du fluide et au moins pendant un certain temps, rester relativement « groupées ». Elles constituent alors ce que l’on peut appeler une « particule fluide » élémentaire que l’on peut traiter comme un élément unique et dont la vitesse de déplacement est la vitesse du fluide au point et à l’instant considérés. Cette grandeur vectorielle dépend en général du temps. La mesure de ce vecteur consiste en la détermination simultanée de ses trois composantes ou de son module et de sa direction, dans un repère choisi par l’expérimentateur.
Il convient, dès à présent, de remarquer que la particule fluide n’est pas identifiable et que l’on ne saura donc pas mesurer sa vitesse directement : il faudra, soit la rendre identifiable en lui substituant des traceurs dont le comportement sera assimilé à celui de la particule fluide, soit utiliser des méthodes indirectes nécessitant l’introduction de sondes. Il s’ensuit à la fois des limitations dans la possibilité de mesure et une perturbation de l’écoulement dont il faut être conscient et qu’il convient de minimiser.
Dans le cas général d’un écoulement tridimensionnel turbulent, on conçoit que la mesure se révèle des plus délicates. Fort heureusement, de nombreux écoulements peuvent être considérés, en première approximation, comme bidimensionnels plans (le vecteur vitesse est parallèle à un plan) ou de révolution (le vecteur vitesse est contenu dans un plan radial) ou mieux encore comme monodirectionnels. De plus, dans le domaine industriel, c’est le plus souvent à une recherche de vitesse moyenne dans une direction donnée que l’on est conduit (canalisation, galeries,...). Aussi, les moyens de mesure vont-ils du plus rudimentaire au plus sophistiqué et dépendent-ils essentiellement soit des hypothèses simplificatrices que l’on peut faire sur les écoulements, soit des besoins qui ont motivé la mesure de vitesse.
Les méthodes de mesure peuvent être divisées en deux grandes classes, A et B, suivant qu’il s’agit d’une méthode non intrusive (c’est-à-dire que le fait de faire la mesure n’apporte pas une perturbation à l’écoulement) ou, au contraire, intrusive, le principe de mesure retenu nécessitant l’introduction dans le milieu fluide de sondes qui constituent autant d’éléments perturbateurs pour le phénomène mesuré.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1980 par Francis DUPRIEZ
- Version courante de sept. 2013 par Isabelle CARÉ
DOI (Digital Object Identifier)
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Méthodes non intrusives de mesure de vitesse1. Généralités
La classe A regroupe :
-
les mesures directes des vitesses de particules étrangères transportées par le fluide (groupe A1) ;
-
les mesures optiques de grandeurs physiques caractérisant le fluide dans l’écoulement et directement liées à la vitesse (masse volumique, groupe A2).
La classe B regroupe les mesures :
-
de grandeurs physiques caractérisant le fluide dans l’écoulement et directement liées à la vitesse (pression, groupe B1) ;
-
de grandeurs physiques attachées à un corps plongé dans l’écoulement et pour lesquelles la vitesse du fluide environnant est un paramètre principal d’évolution (échanges thermiques, groupe B2, structure de l’écoulement, groupe B3) ;
-
d’actions mécaniques sur un corps solide (mise en rotation, groupe B3 ou force, moment, groupe B4 ;
-
d’actions mécaniques de l’écoulement sur un autre écoulement (capteurs fluidiques ou ioniques, groupe B5).
Le tableau 1 rassemble les moyens usuels de mesure correspondant aux classes A et B et donne les références des articles spécialisés auxquels le lecteur pourra se reporter.
Le choix de la méthode de mesure et des capteurs associés dépend essentiellement des facteurs suivants :
-
la nature du fluide ;
-
les conditions de mesure (température, accessibilité, etc.) ;
-
la connaissance a priori du sens de l’écoulement ou de la direction principale de mesure ;
-
la recherche d’une valeur moyenne dans le temps ou d’une valeur instantanée et définition de la bande passante souhaitée ;
-
l’étendue de mesure et précision ;
-
la possibilité ou non d’effectuer localement une intégration spatiale de la vitesse (c’est-à-dire une mesure locale dans un volume petit mais fini par rapport aux dimensions de l’espace soumis à la mesure) sans nuire au but recherché ;
-
la tolérance ou non d’une sonde pour effectuer la mesure sans détruire localement l’écoulement.
Les principales méthodes de mesure sont applicables aussi bien aux gaz qu’aux liquides mais demandent des moyens spécifiques. Les limitations rencontrées à l’égard de telle ou telle sonde...
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