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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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4. Dynamique
La dynamique des fluides est établie à partir des théorèmes généraux de la mécanique des systèmes matériels et des principes de la thermodynamique. L’analyse peut être conduite à deux échelles différentes : l’une, relative à un volume macroscopique de fluide, appelé volume de contrôle, convient à l’ingénieur qui recherche une solution globale et approchée ; l’autre analyse, qui s’applique à un volume élémentaire de fluide à l’intérieur du volume de contrôle, conduit à des équations aux dérivées partielles qui ne peuvent être généralement intégrées que par un recours à des méthodes numériques. Les champs des grandeurs caractéristiques du fluide sont alors connus dans le volume de contrôle. La première approche est particulièrement intéressante dans le cas des écoulements permanents.
4.1 Équations générales de bilan
Les équations de bilan reposent toutes sur l’équation [8] : le volume de contrôle Λ (figure 1) est délimité par la surface fermée Σ qui comprend une surface solide S imperméable au fluide (
est nul en tous ses points) et des surfaces A traversées par le fluide : aux entrées Vn est négatif tandis qu’aux sorties Vn est positif. S’il n’y a qu’une entrée et plusieurs sorties, le volume représente un distributeur et, s’il y a plusieurs entrées et une seule sortie, il s’agit d’un collecteur. Le fluide peut se réchauffer ou se refroidir à l’intérieur du volume de contrôle par contact avec la surface S ou avec celle
d’un corps d’échangeur de chaleur qu’il traverse.
Une autre configuration de Λ est celle d’un circuit ouvert, ou canalisation, avec une seule entrée et une seule sortie ;...
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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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