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Auteur(s)
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André LALLEMAND : Ingénieur, docteur ès sciences physiques - Professeur des universités à l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Lyon
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Lire l’articleINTRODUCTION
En génie énergétique, les fluides sont omniprésents, qu’ils soient incompressibles ou compressibles. En effet, ils sont très souvent les agents des transferts énergétiques par leurs propriétés de conduction de la chaleur et surtout leur faculté à transporter l’énergie sous diverses formes : énergie cinétique, énergie potentielle, pression, énergie interne, etc.
Pour assurer ce rôle, ils sont quasiment toujours mis en mouvement. Il est alors essentiel de bien connaître les lois de la cinématique et de la dynamique des fluides. Dans leur généralité, ces lois sont relativement complexes et donnent lieu à des résolutions faisant appel à des méthodes numériques et à des temps de calculs importants. Heureusement, dans un grand nombre de situations industrielles, on note des conditions particulières qui permettent de simplifier les équations de base et leur résolution. L’écoulement monodimensionnel des gaz parfaits en régime permanent en est un exemple.
En réalité, ce type d’écoulement, au sens strict, ne représente que très peu de cas réels. En effet, dans presque toutes les situations pratiques, les paramètres des écoulements de gaz ou de vapeurs varient selon deux, voire trois, dimensions de l’espace. Ils sont donc bidimensionnels ou tridimensionnels. Cependant, en admettant quelques distorsions par rapport à la réalité, on peut dans certaines études qui ne nécessitent pas des résultats rigoureux, faire l’hypothèse que les variations des paramètres dans les directions transversales peuvent être négligées.
L’article présenté est basé sur cet axiome. Il permet de traiter de façon relativement simple un problème compliqué d’écoulements de fluides compressibles et d’aboutir malgré cela à des résultats utiles pour l’ingénieur.
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Ondes de choc5. Écoulement isentropique d’un gaz parfait dans une tuyère
5.1 Définition d’une tuyère
Une tuyère est un organe mécanique passif qui met en communication deux réservoirs à des pressions différentes et dont le profil doit permettre un écoulement adiabatique réversible (au moins théoriquement). Son profil doit donc être tel qu’il habille exactement la veine d’écoulement étudiée au paragraphe 2. Ainsi, par exemple, si la pression varie dans la tuyère de la valeur p 0 à une valeur nulle dans le sens de l’écoulement, il faut que le profil soit convergent, puis divergent et que la section de sortie soit infinie. La section d’entrée sera elle-même infinie si la vitesse d’entrée est nulle.
Pratiquement, les conditions de l’écoulement théorique ne sont jamais respectées et, en particulier, la viscosité du fluide n’est pas nulle, ce qui entraîne des irréversibilités.
Selon le taux de détente utilisé, les tuyères seront, soit simplement convergentes (figure 18a ) pour les taux de détente élevés δ > δ 0 i , soit convergentes-divergentes (figure 18b ) lorsque les taux de détente sont inférieurs à δ 0 i . Elles sont alors appelées tuyères de Laval.
HAUT DE PAGE5.2 Écoulement en tuyère de Laval
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