08_Apports_theoriques_Mecanique_des_fluides (2) (1).ppt

8/20/2019 08_Apports_theoriques_Mecanique_des_fluides (2) (1).ppt

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Mécanique des fluidesQuelques éléments de théorie


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RéférentielLes fluides dans l’habitat.

Pression dans un fluide parfaitet incompressible en

équilibre : pressions absolue,relative et différentielle.

Équilibre d’un fluide soumis àla pesanteur. Écoulement stationnaire.Débit volumique et massique.

• Mesurer des pressions (absolue et relative)• iter et e!ploiter le principe fondamental de

l’"#drostatique.• $!pliciter la notion de vitesse mo#enne

d’écoulement dans une canalisation• Mesurer un débit.• iter et appliquer la loi de conservation de la

masse.


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Plan% & Définitions 'énérales%% & tatique des fluides ) *otion de pression

+) Pression absolue et relative ) Mesure de pression

-) Principe fondamental de la statique des fluides

) /"éor0me de Pascal

%%% & D#namique des fluides parfaits ) Débit

+) 1itesse


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23luides 45 pas de forme propre2olides 45 ont une forme propre

2ompressibilité 45 permet de distin'uer liquide

et 'a6

http://phys.free.fr/etats.htmolide 7iquide 8a6

% & Définitions 'énérales


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Les fluides dans l’habitat.







masse.

Référentiel


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3luide parfait 9 3luide non visqueu! et at"ermique

• Pas de pertes de c"ar'e (pas de frottements nidu fluide sur la paroi, ni du fluide sur lui mme)

• Pas d’éc"an'e t"ermique

*; : 7e pro'ramme parle de < pression dans un fluide parfait enéquilibre =. ’il est en équilibre, sa viscosité n’a pas d’effet.

Pas de frottements implique é'alement pas de dissipation

t"ermique liée à ces frottements.

% & Définitions 'énérales


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masse.

Référentiel


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>n peut partir de la pression dans un 'a6 pour cequi est de l’interprétation microscopique.

De nombreuses manips de cours ou animationsinformatique peuvent vous aider :

%% 4 tatique des fluides) *otion de pression


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Manipulations :•1erre d’eau retourné•$au qui monte dans le verre d’eau•?émisp"0res de Ma'debour'•;outeille qui s’écrase lorsqu’on fait le vide

Animations :"ttp:@@p"#siquecolle'e.free.fr@p"#siqueAc"imieAcolle'eAl#cee@

quatrieme@c"imie@airApression."tm"ttp:@@surendranat".tripod.com@Bpplets."tml"ttp:@@CCC.restode.cfCb.be@sctec"@'a6."tml

http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/chimie/air_pression.htmhttp://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/chimie/air_pression.htmhttp://surendranath.tripod.com/Applets.htmlhttp://www.restode.cfwb.be/sctech/gaz.htmlhttp://www.restode.cfwb.be/sctech/gaz.htmlhttp://surendranath.tripod.com/Applets.htmlhttp://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/chimie/air_pression.htmhttp://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/chimie/air_pression.htm


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Exemples dans la vie courante :/#mpans qui font mal lors de variations d’altitudes importantesou lorsque l’on descend au fond de la piscine.$mballa'es des produits alimentaires qui < 'onflent = enaltitude.

Vidéos:"ttp:@@CCC.dail#motion.com@video@!mq+uAfaire4monter4de4l4eau4avec4une4bou'ieAtec"Erel4pa'e4+"ttp:@@CCC.dail#motion.com@video@!mqrAl4eau4est4arretee4par4le4papierAtec"Erel4 pa'e4+"ttp:@@CCC.dail#motion.com@video@!mpsnAfaire4imploser4une4canetteAtec"Erel4 pa'e4F

http://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_techhttp://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_techhttp://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_techhttp://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_techhttp://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_techhttp://www.dailymotion.com/video/xmjq2u_faire-monter-de-l-eau-avec-une-bougie_tech


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Unités de pression :Pascal (Pa) : unité du s#st0me international ("Pa utilisés enmétéorolo'ie).;ar : bar 9 G Pa, unité la plus utilisée dans la vie courante.P% (Pound per quare %nc") p.s.i. 9 H FI- Pa unité an'lo4sa!onne utilisée pour les pneumatiques.Btmosp"0re : atm 9 G + Pa (pression atmosp"ériquemo#enne au niveau de la mer).7e millim0tre de mercure ou /orr : mm?' 9 /orr 9 Pa.

Jtilisées en médecine (mm?') ou dans les tr0s basses pressions(/orr).M0tre de colonne d’eau : m$ 9 ρ' 9 IFG Pa. Jtilisée par lestec"niciens fluides et c"auffa'istes.


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masse.

Référentiel


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• 7a pression absolue correspond à la pressiontotale en un point.

•

7a pression relative correspond à unedifférence de pression KP entre un point et unautre.

7a pression absolue est donc en quelque sorte la pressionrelative par rapport au vide. $lle est touours positive. 8énéralement la pression relative est prise par rapport à la

pression atmosp"érique (cas de la pression dans un liquide). Dans ce cas Pabs 9 Patm L KP

%% 4 tatique des fluides+) Pression absolue et relative

Pression absolue et relative


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$!emple :Jn plon'eur à m de profondeur sous l’eau.urpression due à l’eau : KP 9 , bar

Pression au niveau de la mer : PG bar

Pour le plon'eur :Pression relative : KP 9 , bar Pression absolue : P 9 PG L KP +, bar

m



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7a pression différentielle est tout simplement ladifférence de pression entre deu! points sans

qu’il n’# ait de notion de < pression deréférence =.

>n utilise essentiellement cette dénomination dans le principede fonctionnement du tube de Pitot ou les débitm0tres à pression différentielle.

’est l’analo'ue en électricité de la tension différentielle (pare!emple en entrée d’un B.>.P.).


Pression différentielle


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masse.

Référentiel


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%% 4 tatique des fluides) Mesure de pression

"ttp:@@CCC.ce'ep4ste4fo#.qc.ca@freesite@fileadmin@users@+I@p"#sique@[email protected]

Manomètres7a plupart des manom0tres fonctionnent par mesure plus ou moins directe dela force e!ercée par la pression sur une surface (par e!emple effet capacitif ou

pie6oélectrique).

7a mesure peut se faire par

rapport au vide (pressionabsolue) ou par rapport à uneautre pression (souvent la

pression atmosp"érique).

i4contre animation montrantle fonctionnement d’unmanom0tre à tube de ;ourdon(un des plus utilisé).%l mesure la pression relativedu fluide.


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Manom0tre

;arom0tre 'radué en mm?' et en mbar ;arom0tre de /orricelli

(premier barom0tre mis au

point)

Pression relative

Pression absolue

%% 4 tatique des fluides) Mesure de pression


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masse.

Référentiel


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"

B

;

p;4 pB 9 ρ'" 9 ∆ p

1alable pour tout fluide à l’équilibre (au repos).

%% 4 tatique des fluides-) Principe fondamental de la statique des fluides

7e principe de l’"#drostatique c’est la mme c"ose, le

fluide étant l’eau N


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ela implique que la pression est la même pour deuxpoints de même altitude dés lors que ces deu! pointsappartiennent à un mme fluide au repos.


p;4 pB 9 ρ'" 9 ∆ p


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Une des difficultés des élèves est qu’ils se

représentent que la pression dépend de la

masse de fluide au dessus du point d’où deux

difficultés principales :

Le volume d’eau au dessus des points n’est

pas le même, pourtant la hauteur d’eau est

identique.

Le point B a moins d’eau au dessus de

lui et pourtant il est la même pression

que le point !"

i d fl id


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%% 4 tatique des fluides) /"éor0me de Pascal

f +

d+

Pi0ce à emboutir

ocle fi!e

7iquide ("uile)

f

dPiston

/oute variation de pression en un point d’un liquide aurepos est transmise inté'ralement à tous les autres pointsdu liquide.

1oir animation : "ttp:@@ressources.univ4lemans.fr@Bcces7ibre@JM@Peda'o@p"#sique@G+@divers@presse."tml


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masse.

Référentiel

%%% D i d fl id f i


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Débit volumique : O1 91

t en m

."4

, m

.s4

, 7@min

Débit massique : Om 9m

ten Q'."4, Q'.s4, t@min

Om 9 ρ O1

%%% 4 D#namique des fluides parfaits) Débit

Ecoulement stationnaireJn écoulement est stationnaire si la vitesse du fluide en c"aque point estindépendante du temps.Butrement dit la vitesse reste constante mais il peut # avoir des variations lelon' de l’écoulement (en fonction de la section, voir diapo suivante).

’est la quantité de fluide traversant une section donnée d’une canalisation par unité de temps.>n distin'ue :

ébit


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Équilibre d’un fluide soumis àla pesanteur.

Écoulement stationnaire.Débit volumique et massique.




masse.

Référentiel

%%% D i d fl id f i


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Mesure du débit%l e!iste de nombreu! t#pes de capteurs de débit en fonction descaractéristiques du fluide et de la conduite utilisés.7e plus simple à comprendre pour les él0ves est probablement ledébitm0tre à turbine.

Bvec les él0ves ont peut faire une mesure de débit basique enc"ronométrant le temps mis par un liquide à remplir un volumedonné.

Pour une description plus détaillées des différents t#pes decapteur, consulter la pa'e :"ttp:@@CCC.stielec.ac4ai!4marseille.fr@cours@dereumau!@mesurdebit."tm.


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masse.

Référentiel

%%% D i d fl id f it


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!onservation de la masse7a loi de conservation de la masse (tout ce qui rentre fini par ressortir) permetd’e!pliquer au! él0ves qu’il # a alors nécessairement le même débit enentrée et en sortie en ré'ime permanent.

Le débit (volumique ou massique) d’un fluideincompressible est identique en tous points

d’une canalisation où le fluide circule.

e qui est moins évident c’est d’e!pliquer que le débit volumique se conservetout le lon' de la canalisation uniquement si le fluide est incompressible.$n effet si le fluide est compressible, celui4ci peut se comprimer par endroit(le volume diminue donc le débit aussi) et au contraire se détendre à d’autre(le débit au'mente). %l n’# a que le débit massique qui se conserve touours.



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Le débit volumique d’un liquide est identiqueen tous points d’une canalisation où le liquide

circule.

7orsque la canalisation présente des différences de diam0tres, ledébit reste toujours constant, c’est donc la vitesse du fluidequi varie : elle au'mente lorsque la section diminue et

inversement.

%%% 4 D#namique des fluides parfaits+) 1itesse



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Une des difficultés des élèves est qu’ils pensent intuitivement que lorsque le tu#au se

rétrécie il passe moins de fluide et que donc

le dé$it est plus fai$le.

%ls raisonnent en fait vitesse constante et ne considèrent

finalement que le volume de fluide dans la canalisation.


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l’"#drostatique.• $!pliciter la notion de vitesse mo#enned’écoulement dans une canalisation

• Mesurer un débit.• iter et appliquer la loi de conservation de la

masse.

Référentiel



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Vitesse mo"enne

7a vitesse mo#enne est définie à partir du débit : O1 9 vmo# !

7a vitesse réelle à l’intérieur de la canalisation est comple!e à e!primer carelle dépend du t#pe découlement et de la position dans la canalisation. Pour

un écoulement de fluide parfait elle est constante, mais dans les autres cas(fluides non parfaits) elle est plus importante au centre de la canalisationqu’au! bords.

Les élèves ont souvent du mal distin&uer le volume

' (écrit en ma)uscule* et la vitesse v (écrit en

minuscule*. %l vaut mieux $ien insister sur ce point.


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l’"#drostatique.• $!pliciter la notion de vitesse mo#enned’écoulement dans une canalisation

• Mesurer un débit.• iter et appliquer la loi de conservation de la

masse.

Référentiel


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#$ trouve%t%on des fluides

dans l&habitat '2 $au froide et c"aude sanitaire L évacuation2 "auffa'e central (conduits, radiateurs, c"audi0re)

2 1M (ventilation mécanique contrRlée)2 Bdmission d’air c"audi0re@pole de masse

2 limatisation

2 "auffa'e par 'éot"ermie$auBir

Butre (fluide caloporteur)


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Merci de votre attention

Documents

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