BOUGEARD Daniel HARION Jean-Luc MENANTEAU Sébastien
Français/French
Mécanique des Fluides, Ecoulements, pertes de charge, fluides compressibles, tension superficielle, turbulence, modélisation
Informations pédagogiques
Objectif(s) de formation
A l'issue de ce cours, les étudiants doivent être capables de résoudre les problèmes classiques de dimensionnement en mécanique des fluides rencontrés par l’ingénieur, et d’être plus à même de comprendre des notions plus complexes rencontrées dans des secteurs industriels plus spécialisés. Les compléments portent sur la dynamique des écoulements industriels, les écoulements internes et externes, les propriétés physiques des fluides réels (comportement rhéologique, tension superficielle), les écoulements compressibles et des éléments de physique de la turbulence et de modélisation des écoulements turbulents.
Objectif pédagogique
- Distinguer les approches lagrangiennes et eulériennes dans la description des écoulements
- Distinguer les zones rotationnelles et irrotationnelles des écoulements à partir de la notion de vorticité
- Comprendre comment utiliser l’équation de Bernoulli pour résoudre différents problèmes de mécanique des fluides en connaissant les limitations de cette approche
- Utiliser l’interprétation énergétique de l’équation de Bernoulli avec la notion de charge d’un écoulement et utiliser ce formalisme pour déterminer la puissance mécanique d’une turbine et la puissance de pompage d’une pompe
- Utiliser l’approche du système ouvert (theorème d’euler) pour déterminer les forces et les moments provoqués par l’écoulement de fluide
- Avoir une meilleure compréhension des notions d’écoulement laminaire et turbulent, d’écoulement en cours d’établissement et des caractéristiques cinématiques des écoulements établis en conduites.
- Savoir calculer les pertes de charge régulières et singulières dans les réseaux et déterminer la puissance de pompage requise.
- Décrire les différentes approximations des équations de Navier Stokes utilisées dans la résolution de différents problèmes de mécanique des fluides. Déterminer quand ces approximations sont valides.
- Comprendre l’approximation des écoulements rampants et savoir calculer la vitesse de sédimentation
- Comprendre l’utilisation du théorème de superposition pour résoudre des problèmes simples d’écoulement potentiels.
- Prédire l’épaisseur de couche limite et les autres propriétés des couches limites.
- Avoir une compréhension intuitive du phénomène de décollement de couche limite
- Avoir une compréhension intuitive de plusieurs notions fondamentales associées aux écoulements externes : force de traînée, traînée de forme, de frottement, traînée induite, phénomène de réduction de traînée et portance
- Savoir calculer les forces de trainée de différentes géométries
- Avoir une meilleure compréhension des phénomènes de variation du coefficient de trainée en fonction du régime d’écoulement pour les écoulements autour des sphères et des cylindres.
- Comprendre les notions fondamentales associées aux écoulements autour des profils et savoir calculer les efforts de traîné et de portance des profils d’aile
- Connaître les propriétés des écoulements compressibles (onde de choc, blocage sonique, relation de Barré de Saint Venant)
- Connaître les caractéristiques de la turbulence en écoulements libres et pariétaux
- Identifier les principaux éléments de choix de modèles de turbulence qu’ils auront à faire pour l’utilisation de code de calculs de mécanique des fluides
Positionnement du cours dans la formation
Ce cours est un complément du cours de mécanique des fluides de base reçu en première année de cursus. Les compléments apportés constituent des pré-requis pour la formation et le projet de « Mécanique des fluides numériques », ainsi que pour les cours d’ « Energétiques des machines 1 et 2» dédiés respectivement aux machines à fluides incompressibles et compressibles.
Supports de cours
Les élèves reçoivent un polycopié de cours ainsi qu’une copie des présentations faites en cours. Des supports de cours en ligne fournissent également des vidéos explicatives et des exercices corrigés pour les différentes parties du cours (30 exercices corrigés fournis).
Pour la partie dédiée aux écoulements compressibles, propriétés des fluides réels, les présentations faites en cours sont disponibles en ligne.
Pour la partie de cours dédiée à la turbulence, des supports sonorisés associés à des QCM d’autoévaluation sont accessibles en ligne et constituent, pour cette partie, les supports de base.
Pré-requis
Notions de base de mécanique des fluides : équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement
Contenu
I- Rappels et concepts fondamentaux
II- Equations de conservation – théorème de Bernoulli
III- Théorème d’Euler-équation de la quantité de mouvement
IV- Fluides réels – équation de Navier Stokes
V- Ecoulements internes
VI- Ecoulements externes
VII- Ecoulements compressibles : principales propriétés, courbes de Fanno, onde choc, blocage sonique, écoulement dans des tuyères convergentes, tuyère de Laval.
VIII- Fluides réels : viscosité, éléments de rhéologie des fluides, tension superficielle (surfaces libres)
IX- Turbulence : aspects qualitatifs, propriétés physiques de la turbulence, modélisation, couche limite turbulente
Travail personnel demandé
Au début de chaque cours, les élèves seront capables de résumer les principales notions du cours précédent.
Travail personnel sur les supports de cours en ligne et le polycopié.
Travail des exercices, à partir des éléments donnés dans le polycopié, mais également par les supports disponibles en ligne.
