DYNAMIQUE DES FLUIDES : ECOULEMENTS PARFAITS
Définition 1 : Densité volumique de force
ρF , ext
ρF , ext =d
Fext
dτ
Equation d'Euler :
ρF , ext = μ(M , t)a= μ(M ,t )(∂t(v)+( ⃗v.
grad)(v))
Propriété 1 :
ρpres = −
grad (P)
En effet,
F.
u=
u.ΣP d
Si= −ΣP
u.d
Se= −Vdiv(P
u)dτ
u
est
un champ uniforme. Or,
div(Pu) = Pdiv(u)+
grad (P).u=
grad (P).u
.
Donc
F.
u= −V
(P)
u d τ = −
u.V
grad (P)dτ
, et ce pour tout
u
.
Donc
.
Remarque 1 :
En écoulement unidimensionnel,
a//
v
, i.e
(
grad (P)+
ρext ).
eN=0
.
Théorème 1 : De Bernoulli
Soit un écoulement incompressible, soumis à des forces massiques
dérivant d'une énergie potentielle.
Cas 1 : Mouvement stationnaire
Si
rot (
v) =
0
, alors
v2
2+P
μ+ep ,m =C
.
Si
rot (
v)
0
, alors
v2
2+P
μ+ep , m =C(ligne de courant)
.
Cas 2 : Mouvement instationnaire
Si
v=
grad (φ)
, alors
tφ + v2
2+P
μ+ep , m =C(t)
Propriété 2 : Effet Venturi
Il y a dépression dans la zone où les particules de fluides sont
accélérées.
μS1v1= μ S2v2v2
v2
=S1
S2
P2P1=μ
2(v1
2v2
2) = μ
2v1
2
(
1S1
2
S2
2
)
Exemple 1 : Applications
1) Sonde de Pitot
PB ' PO'
PA+1
2μair v2=PO
PB+1
2μair v2=PB' +1
2μair v2
v2=2
μair (POPO ') = 2μH2O
μair g(hOhO ')
2) Pompe à eau/Vase de Tantale
Vase de Tantale :
Oscillateur à relaxation (remplissage
Siphonnage)
μq−μ s vsiphon =˙
m= μ S˙
h
3) Siphon
Régime amorcé :
v
uniforme dans le siphon
PA1=PA0+μ g A0A1=P0+μ g A0A1
PA2=PA11
2μv2
PA3=PA2μ g A2A3
v2=2g H
Propriété 3 : Effet Coanda (force de portance)
μa= −
grad (P)
μ ⃗a.
n= μ v2
R= −
grad (P)
Différence de pression sous et sur la sphère : =>
Force dirigée vers la pression basse.
=> Ci-contre, la force tend à porter la sphère.
Théorème 2 : De Torricelli (Temps de vidange d'un récipient)
Grandeurs caractéristiques :
vjet
,
h
,
sS
Approx. Quasi-stat (AQS) :
tv(v.
grad (v))(v)
=> Il suffit de vérifier que
vjet
τvjet
2
h
Cons. Masse :
vAdt = ˙
h dt ⇒ −S˙
h=sv jet =s
2g h
τ
?
dh
2
h= s
g
S
2dt ⇒ −
h= s
g
S
2τ τ =
2h
g
S
s
AQS ?
vjet
τh
vjet
2=h
τvjet
=h s
g
S
2h
2h g =s
2S1
Propriété 4 : Surface d'un tourbillon de Rankine
Rappel des propriétés :
Vitesse générale :
v=vθ(r)
eθ
Expression :
r<av=rω
2
r>av=a2ω
2r
Extérieur :
ω =
0
Pression dans le fluide :
P+1
2μv2g z =C=P0
Hauteur de la surface :
P=P0z= v2
2g= a4ω2
8g r2
Intérieur :
ω ≠
0
et
Ω = 1
2
ω
Chang. de référentiel :
grad (P) = μ ⃗gμ
ae= μ(g+Ω2r
er)
Energie potentielle :
Epie = 1
2μ Ω2r2
Pression dans le fluide :
P−μ g z +1
2μΩ2r2=C1=P0+μ a2ω2
4
Hauteur de la surface :
P=P0z=ω2
8g(r22a2)
Propriété 5 : Paradoxe de d'Alembert
Soit un écoulement irrotationnel autour d'un cylindre de rayon
R
, sans circulation, soumis à un courant de vitesse à l'infini
U
. On
a donc
k=0
et
v=
grad (φ)
. On définit la pression réduite
P*=P
μU2
.
Alors :
P(r , θ) = P0+1
2μ(U2v2) ⇒ P*=P0
*+1
2(1v*2) = P0
*+1
2(14 sin2θ)
Fp , h , l =1
hμU2P d
Sint =1
hμU2P(
er)R d θdz = −0
2πP*(1,θ)dθ
er=
0
Il n'y a donc pas de portance, ni de traînée.
Propriété 6 : Effet Magnus
Soit un écoulement irrotationnel autour d'un cylindre de rayon
R
soumis à un courant de vitesse à l'infini
U
, de circulation
k
.
Alors :
P*=P0
*+1
2(1(k2+4 sin2θ4ksin θ)) = T(θ ,int nulle)−2ksin θ
Flin
*.
ey= −0
2πP*(1, θ)
er.
eydθ = −2k0
2πsin2θdθ = −2πk
Fp ,l = −2πμ U2R k
ey= −μUΓey= μ
U
Γ
Propriété 7 : Bilan de quantité de matière
Soit
Σ
un système et
Σ*
un volume de contrôlé de
Σ
tel que
Σ*(t) = Σ(t)∪Σ1
et
Σ*(t+dt ) = Σ(t+dt )∪Σ2
. Alors :
D
p
D t =
Fext
Dp
D t =lim
dt 0
p(Σ(t+dt ))+
p(Σ2)
p(Σ(t))
p(Σ1)
dt
.
Exemple 2 : La Fusée !
Ejection de gaz à un débit
qm
à une vitesse
u
Masse
MTOT =M0+m(t)
˙
m= −qm
.
Vitesse
v(t)
Σ1= ∅
p(Σ2) = qmdt(
v(t)+
u)
p(t+dt)) = (M0+m(t+dt ))
v(t+dt)+d
pgaz ,turbine
p(t)) = (M0+m(t))
v(t)+d
pgaz , turbine
D
p
D t =d
dt (MTOT
v)+qm
v+qm
u=MTOT (t)d
v
dt +qm
u=
Fext
Finalement,
MTOT (t)d
v
dt =
Fext+
Fpoussée
Fpoussée = −qm
u
Méthode 1 : Calcul de forces de surpression
Parfois, il vaut mieux décomposer les forces de pressions pour se
ramener à une intégrale sur une surface fermée avec une pression
constante (qui est alors nulle).
1 / 6 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !