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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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9. Notion de mécanique des fluides
9.1 Statique des fluides incompressibles
Considérons à l’intérieur d’un liquide au repos un cylindre vertical et deux points M1 et M2 appartenant à ses sections droites de surfaces A où règnent respectivement les pressions p1 et p2 (figure 14). Désignons par z1 et z2 l’altitude de ces points et appliquons au cylindre le principe fondamental de la mécanique :
− p1A + p2 A − mg = 0La masse du cylindre est
m = ρA (z1 − z2)si bien qu’en divisant par la surface A et par ρg, on obtient :
que l’on désigne par « relation fondamentale de l’hydrostatique ».
En supposant la pression atmosphérique égale à p0 = 101 325 Pa, on va déterminer la pression p qui régnera à l’extérieur d’un sous-marin, enfoncé et immobile, en un point situé à 38 m de profondeur. La masse volumique de l’eau est prise égale à 1000 kg · m−3.
D’après la relation de l’hydrostatique [relation [17]], nous avons immédiatement :
p = 101 325 + 38 x 1 000 x 9,81 = 474 105 Pa9.2 Variable de Lagrange et d’Euler
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L’utilisation des variables de Lagrange est utile si on cherche à étudier chaque particule fluide prise individuellement. Le chemin que suit une particule fluide au cours du temps est appelé trajectoire. Analytiquement, dans un repère cartésien, les trajectoires sont définies par les coordonnées x, y, z de la particule données en fonction du temps et des conditions initiales...
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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.
-
(4) - FRIBERG (J.) - Gaz et vapeurs à pression moyenne. - Technique de l’ingénieur - B 4200. 1988.
-
(5) - GOSSE (J.) - Guide technique de thermique. - Bordas. 1981.
-
(6) - CPCU - Guide technique de la vapeur. - Technique et documentation. 1980.
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