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Auteur(s)
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Marcel FRELIN : Ingénieur CNAM - Docteur de l’Université - Sous-directeur de Laboratoire honoraire au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les machines hydrauliques et thermiques occupent dans l’énergétique moderne un rôle essentiel. Dans la plupart des applications industrielles, on rencontre des turbomachines, des moteurs à combustion interne et souvent les deux en même temps.
Ces machines sont traversées par un fluide qui leur cède, ou communique, du travail, d’où la nécessité de maîtriser les principales propriétés des fluides pour comprendre le mécanisme physique des transferts d’énergie entre le fluide et les parties mobiles de ces machines.
Cet article a pour objet de rappeler à l’ingénieur les caractéristiques utiles des fluides incompressibles et compressibles indispensables à l’étude et à l’utilisation des machines hydrauliques et thermiques.
Les notions essentielles de thermodynamique technique, de mécanique des fluides, de thermique ont été évoquées ainsi que les gaz parfaits et réels, les changements de phases et les caractéristiques de la vapeur d’eau. Une place toute particulière a été faite au diagramme de Mollier. Ce système de coordonnées, enthalpie-entropie, est pratique pour évaluer les bilans énergétiques des centrales thermiques ou nucléaires et facilite l’étude des divers étages d’une turbine à vapeur.
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2. État fluide
Les liquides sont caractérisés par une masse volumique relativement importante et sont pratiquement incompressibles, ce qui est le contraire pour les gaz. Les liquides et les gaz ont des propriétés communes et constituent ce que l’on désigne plus généralement par fluide. On distingue des corps intermédiaires entre les fluides et les solides tels, par exemple, que l’argile, le verre en fusion, les métaux lorsqu’on les forge, le béton avant coulée ; l’étude entre les déformations et les contraintes appliquées à ces corps s’appelle la rhéologie.
2.1 Particule fluide
La particule fluide est une portion de fluide, de dimensions arbitrairement choisies, à laquelle correspondent, pendant un intervalle de temps Δt entourant l’instant t, une vitesse, une pression, une température, une masse volumique, etc.
Nous dirons, par convention, que ce sont les valeurs de ces grandeurs à l’instant t au centre d’inertie de la particule.
Chaque particule d’un fluide est soumise à des forces de volumes (poids, forces d’inertie) et à des forces de contact transmises à la surface de la particule par les éléments environnants. On peut dire qu’un fluide est un corps homogène et continu dont les diverses particules peuvent se déplacer ou se déformer sous l’action d’une force très faible.
HAUT DE PAGE2.2 Fluide parfait
Dans le cas de solides réels, traités par la théorie de l’élasticité, les contraintes sont liées aux déformations par des relations linéaires. Dans les fluides, au contraire, les contraintes tangentielles dépendent de la vitesse à laquelle la déformation s’est effectuée et, par suite, elles sont nulles dans un fluide au repos. Dans la mesure où la limite d’élasticité n’a pas été dépassée un solide reprend sa forme initiale lorsque l’on cesse de lui exercer des efforts. C’est différent pour les fluides, ils n’ont pas la mémoire du passé et viennent occuper le volume qui leur est offert. Par contre, la forme du tenseur des contraintes est identique pour les solides et les fluides. Dans un repère orthonormé O(xyz ) et en un point M d’un solide ou d’un fluide nous pouvons décomposer le tenseur des contraintes...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COUSTEIX (J.) - Turbulence et couche limite. - Cépadues - Éditions. 1989.
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(2) - COUTURE (L.), CHAHIME (Ch.), ZITOUN (R.) - Thermodynamique classique et propriétés de la matière. - Dunod Université. 1980.
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(3) - DOUCHEZ (M.) - Étude des transferts en mécanique des fluides monophasiques. - Masson et Cie Éditeurs. 1965.
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(4) - FRIBERG (J.) - Gaz et vapeurs à pression moyenne. - Technique de l’ingénieur - B 4200. 1988.
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(5) - GOSSE (J.) - Guide technique de thermique. - Bordas. 1981.
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(6) - CPCU - Guide technique de la vapeur. - Technique et documentation. 1980.
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