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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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6. Écoulements laminaires et écoulements turbulents
Quelques mois après que Reynolds eut découvert l’apparition soudaine d’un changement de la structure de l’écoulement permanent dans un tube lorsque la vitesse était augmentée, Couette fit une constatation du même genre pour un fluide contenu entre deux cylindres concentriques dont l’un tourne à vitesse constante. Et par la suite, l’observation de l’existence de deux régimes a été faite sur toute circonstance d’écoulement. Le régime à vitesse modérée est dit laminaire tandis que l’autre est dit turbulent, pour marquer le fait d’un brassage du fluide qui se superpose au mouvement principal. Cela s’observe très bien à l’échelle météorologique : une girouette marquant une direction à peu près constante dans le temps, avec oscillations autour de la moyenne. L’intensité du vent est elle-même variable dans le temps avec un module de vitesse constant en moyenne. Enfin le brassage est lui-même observable par le mouvement complexe des nuages.
En l’absence de conditions variables imposées au fluide, le régime turbulent est un régime permanent en moyenne, comme énoncé au paragraphe 3.6. Le brassage du fluide s’opère à différentes échelles : par exemple pendant que des nuages se bousculent dans leur mouvement, il y a interpénétration des masses à l’intérieur d’un nuage. Toutefois la plus petite échelle de la turbulence est très grande vis‐à‐vis du libre parcours moyen de l’agitation moléculaire.
6.1 Modélisation statistique de la turbulence
Le régime laminaire obéit sans aucune restriction aux équations écrites précédemment tandis que le régime turbulent n’obéit qu’instantanément et pas du tout sur un laps de temps
que l’on choisit suffisamment grand pour couvrir toutes les échelles...
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Écoulements laminaires et écoulements turbulents
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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