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En anglais
Auteur(s)
-
Jean GOSSE : Docteur ès Sciences - Professeur Honoraire au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les bases de la mécanique des fluides sont résumées en insistant sur l’aspect énergétique, car l’ingénieur doit le plus souvent considérer des écoulements de fluides non isothermes. On s’est efforcé de présenter clairement l’unité des concepts qui concernent tous les fluides et dont l’application porte ici uniquement sur les fluides monophasiques newtoniens.
Il est essentiel que l’ingénieur garde toujours un regard critique sur les hypothèses qu’il introduit pour faciliter ses calculs, ou sur l’adéquation de la formule qu’il emploie dans le cas particulier étudié ; la mécanique des fluides est un domaine où le bon sens peut facilement tromper. On doit vérifier le bien-fondé d’une hypothèse après avoir obtenu la solution du problème. Un exemple banal est celui de la détermination du débit d’un écoulement que l’on suppose turbulent pour commencer les calculs ; l’est-il réellement ? Il faut s’assurer, par la valeur du nombre de Reynolds, que l’opportunité d’un écoulement laminaire est exclue.
Des logiciels actuellement commercialisés permettent de résoudre les équations de problèmes techniques complexes. Leur conception a nécessité le respect des bases théoriques mais a introduit des hypothèses et des formules empiriques qui ont leurs limites de validité tout comme les algorithmes de résolution. L’emploi des logiciels requiert la vigilance de l’ingénieur non spécialiste de la mécanique des fluides. Le texte qui suit est composé pour offrir des repères et des moyens de calcul simple permettant une évaluation rapide valable au premier ordre.
Les applications données sont limitées aux cas les plus usuels et le lecteur est évidemment invité à rechercher des approfondissements dans les chapitres signalés dans l’Index Alphabétique Général aux mots clés suivants : acoustique, aviation, aéroacoustique, aérodynamique, aéroréfrigérant, air, caloporteur, canaux, chaleur, climatisation, compressibilité, échangeur de chaleur, écoulements, éjecteurs, fluide, gaz, houle, hydraulique, lubrification, magnétohydrodynamique, thermodynamique, sans oublier le domaine des mesures.
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Forces exercées sur les obstacles par un fluide en mouvement
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7. Couche limite
Lorsqu’un fluide se déplace en contournant un obstacle fixe, les champs de vitesse et de pression sont perturbés par ce dernier. Si la vitesse au loin est petite, l’effet de la viscosité, qui est l’adhérence du fluide sur la surface, se traduit par des faibles gradients pariétaux de la vitesse et ces gradients se font sentir légèrement mais très loin de l’obstacle. Si au contraire la vitesse est grande, le freinage à la paroi est intense et les gradients pariétaux élevés, mais la viscosité contribue à leur décroissance rapide avec la distance à la surface. Dans ce dernier cas, il existe une zone de fluide contiguë appelée couche limite dynamique, dans laquelle se produit l’accommodation entre la nullité de la vitesse (sur la paroi) et la pleine vitesse locale du fluide libre, là où les gradients de vitesse sont si modérés que le fluide peut être considéré, en première approximation, comme sans viscosité 4.4.1. La couche limite dynamique est une zone dans laquelle la rotationnalité est très forte à la paroi et s’estompe à la frontière ; on schématise en parlant d’une frontière et d’une épaisseur de couche limite dynamique, bien que cela ne soit qu’une caricature de la réalité, afin de faciliter les calculs. L’expérimentation montre toutefois que les phénomènes sont bien représentés.
Si l’obstacle n’a pas la même température que le fluide, il existe aussi une couche limite thermique dans laquelle la température varie depuis la température de la surface jusqu’à la température du fluide libre. L’épaisseur de cette couche limite thermique n’est pas celle de la couche dynamique : elle peut être plus grande (métaux liquides) ou plus petite (liquides en général) et à peu près égale pour les gaz à pression ordinaire. On évoque l’aspect thermique pour bien montrer que la physionomie de l’écoulement général est conditionné, par ce qui se passe au voisinage immédiat de...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BAKHMETEFF - Hydraulics of open channels. - McGraw-Hill (1932).
-
(2) - BRADSHAW (P.), CEBETI (T.), WITHELAW (J.H.) - Engineering calculation methods for turbulent flows. - Academic Press (1981).
-
(3) - BRUN (E.A.), MARTINOT-LAGARDE (A.), MATHIEU (J.) - Mécanique des fluides. - 3 vol., Dunod (1970).
-
(4) - CANDEL (S.) coord - Cours de mécanique des fluides. - Dunod, 2e édit. 1995 ; Problèmes résolus de mécanique des fluides, Dunod (1995).
-
(5) - CEBETI (T.), BRADSHAW (P.) - Physical and Computational Aspect of Convective Heat Transfer. - Springer-Verlag (1984).
-
(6) - COMOLET (R.) - Mécanique expérimentale des fluides. - 3 vol., Masson, 2e éd. (1976).
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