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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la mise à jour de l'article intitulé "Détermination du débit des fluides par intégration du champ des vitesses" rédigé par Francis DUPRIEZ, publié en 1992.
RÉSUMÉ
La quantification du débit d’un fluide (liquide ou gaz) passe souvent par l’intégration de mesures de vitesse distribuées au sein d’une section en travers de l’écoulement. Le résultat de débit est alors obtenu par l’intégration spatio-temporelle du champ des vitesses sur la section et sur une durée donnée. L’intégration spatiale peut se faire ou bien directement par interpolation linéaire et extrapolation aux parois, ou bien à l’aide de formules normalisées de moyenne pondérée. Cet article fournit les principaux éléments de procédure pour la mesure des écoulements de liquide à surface libre (hydrométrie des cours d’eau) et des écoulements de fluide en conduite fermée.
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Quantifying the flow rate of a fluid (liquid or gas) often requires integrating velocity measurements distributed throughout a cross-section of the flow. The discharge result is then obtained by the spatial and temporal integration of the velocity field throughout the cross-section and over a given duration. Spatial integration can be done either directly by linear interpolation and extrapolation to the walls, or using standardized weighted average formulas. This article outlines the procedure for measuring liquid free surface flows (stream hydrometry) and fluid flows in closed pipes.
Auteur(s)
-
Jérôme LE COZ : Chercheur (IPEF) - Unité de recherche Hydrologie-Hydraulique, Irstea, Lyon-Villeurbanne, France
-
Isabelle CARÉ : Chargée d’études, référent technique débitmétrie gazeuse et anémométrie - CETIAT, division Études et Formation, Villeurbanne, France -
INTRODUCTION
Pour mesurer le débit d’un fluide (liquide ou gaz) s’écoulant dans une conduite ou un chenal, une méthode globale est employée chaque fois que cela est possible. Bien que ces méthodes soient nombreuses, il n’est pas toujours possible d’en trouver une qui convienne ni de pouvoir l’utiliser. C’est notamment le cas des conduites fermées ou des chenaux de grandes dimensions, mais aussi celui des conduites dans lesquelles il n’est pas possible, pour diverses raisons, d’insérer un débitmètre. Il est alors nécessaire d’effectuer un relevé des vitesses et de la géométrie dans une section en travers et de calculer le débit par intégration.
Les dispositifs, capteurs et méthodes pour la mesure des vitesses, sont décrits dans l’article « Mesures locales de vitesse dans un fluide » [R 2 110].
Le présent article se propose d’exposer les règles à suivre dans l’exécution des mesures et le calcul du débit. Ces règles sont prescrites dans un certain nombre de normes françaises et étrangères auxquelles le lecteur pourra se référer.
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KEYWORDS
fluids | Velocimetry | flow rate | fluid dynamics | integration methods
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1971 par André FAUQUET, Robert BONNAFOUX
- Version archivée 2 de janv. 1979 par André FAUQUET, Robert BONNAFOUX, Francis DUPRIEZ
- Version archivée 3 de janv. 1992 par Francis DUPRIEZ
DOI (Digital Object Identifier)
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Écoulement de liquide à surface libre
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1. Principe de la méthode d’intégration
1.1 Principe général
Soit un fluide incompressible et homogène, ou pouvant être considéré comme tel (à titre d’exemple, au-dessous d’une vitesse moyenne, pour l’air, de 70 m/s), le débit-volume moyen Qvm traversant une section S de l’écoulement est obtenu par intégration spatio-temporelle :
avec :
- Qvm (t, Δt) :
- débit moyen entre les instants t et t + Δt, à travers la surface S,
-
![]()
: - vitesse moyenne, entre les instants t et t + Δt, du fluide traversant orthogonalement l’aire élémentaire dS.
Cette définition implique la connaissance du champ des vitesses moyennes, le long de la surface S, pris à partir d’une même origine des temps et pendant le même temps d’intégration Δt. Cette mesure simultanée des diverses valeurs moyennes de la vitesse n’est possible que si l’on possède autant de capteurs que de points ou de lignes de mesure et une capacité d’enregistrement simultané. En dehors de cette possibilité, lorsqu’il est nécessaire de déplacer le ou les capteurs de mesure, la méthode de calcul du débit par intégration ne peut s’appliquer qu’aux écoulements permanents, aux écoulements pulsés (de période T) et aux écoulements lentement variables.
Il est important de noter que la vitesse moyenne V désigne ici la composante de vitesse perpendiculaire à la surface S. Dans le cas où le capteur utilisé projette lui-même la mesure de vitesse sur la direction normale à la surface S, on parle de « vélocimètre autocomposant ». Sinon, il faudra prendre soin de corriger les vitesses mesurées connaissant leur angle d’incidence.
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Principe de la méthode d’intégration
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PUECHBERTY (R.), PERRET (C.), POLIGOT-PITSCH (S.) coord - Charte Qualité de l'Hydrométrie – Guide de bonnes pratiques. - Ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer, 83 p. (disponible en ligne) (2017).
-
(2) - World Meteorological Organization - Manual on Stream Gauging. - (WMO 1044, disponible en ligne) (2010).
-
(3) - Organisation météorologique mondiale - Règlement technique. - Volume III, hydrologie (OMM – N° 49, disponible en ligne) (2006).
-
(4) - LE COZ (J.), CAMENEN (B.), DRAMAIS (G.), FERRY (M.), ROSIQUE (J.L.), RIBOT-BRUNO (J.) - Contrôle des débits réglementaires. - Application de l'article L. 214-18 du Code de l'environnement. Eds. Onema/Irstea, 128 p. (disponible en ligne) (2011).
-
(5) - LE COZ (J.), PIERREFEU (G.), SAYSSET (G.), BROCHOT (J.F.), MARCHAND (P.) - Mesures hydrologiques par profileurs Doppler ADCP. - Eds. Quae, 164 p. (2008).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Field acceptance tests to determine the hydraulic performance of hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines. - IEC 60041 - 1991
-
Hydrométrie – Méthodes d'exploration du champ des vitesses à l'aide de moulinets – Recueil et traitement des données pour la détermination des incertitudes de mesurage du débit. - ISO 1088 - 2007
-
Mesure de débit d'eau propre dans les conduites fermées – Méthode d'exploration du champ des vitesses dans les conduites en charge et dans le cas d'un écoulement régulier, au moyen de moulinets. - ISO 3354 - 2008
-
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées – Méthode d'exploration du champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles. - ISO 3966 - 2008
-
Hydrométrie – Profils Doppler acoustiques – Méthode et application pour le mesurage du débit en conduites ouvertes. - ISO/TR 24578 - 2012
-
Hydrométrie – Mesurage du débit des liquides dans les canaux découverts au moyen de moulinets ou de flotteurs. - NF EN ISO 748 - 2009
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