Présentation
Auteur(s)
-
Francis DUPRIEZ : Ingénieur de l’Institut Industriel du Nord de la France - Directeur du centre de Lille de l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)
-
Jean-Pierre FLODROPS : Ingénieur civil de l’aéronautique - Ingénieur de recherche à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA) - Centre de Lille
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les molécules qui sont, à un instant donné, au voisinage immédiat du point de mesure considéré vont, dans le cours du mouvement du fluide et au moins pendant un certain temps, rester relativement « groupées ». Elles constituent alors ce que l’on peut appeler une « particule fluide » élémentaire que l’on peut traiter comme un élément unique et dont la vitesse de déplacement est la vitesse du fluide au point et à l’instant considérés. Cette grandeur vectorielle dépend en général du temps. La mesure de ce vecteur consiste en la détermination simultanée de ses trois composantes ou de son module et de sa direction, dans un repère choisi par l’expérimentateur.
Il convient, dès à présent, de remarquer que la particule fluide n’est pas identifiable et que l’on ne saura donc pas mesurer sa vitesse directement : il faudra, soit la rendre identifiable en lui substituant des traceurs dont le comportement sera assimilé à celui de la particule fluide, soit utiliser des méthodes indirectes nécessitant l’introduction de sondes. Il s’ensuit à la fois des limitations dans la possibilité de mesure et une perturbation de l’écoulement dont il faut être conscient et qu’il convient de minimiser.
Dans le cas général d’un écoulement tridimensionnel turbulent, on conçoit que la mesure se révèle des plus délicates. Fort heureusement, de nombreux écoulements peuvent être considérés, en première approximation, comme bidimensionnels plans (le vecteur vitesse est parallèle à un plan) ou de révolution (le vecteur vitesse est contenu dans un plan radial) ou mieux encore comme monodirectionnels. De plus, dans le domaine industriel, c’est le plus souvent à une recherche de vitesse moyenne dans une direction donnée que l’on est conduit (canalisation, galeries,...). Aussi, les moyens de mesure vont-ils du plus rudimentaire au plus sophistiqué et dépendent-ils essentiellement soit des hypothèses simplificatrices que l’on peut faire sur les écoulements, soit des besoins qui ont motivé la mesure de vitesse.
Les méthodes de mesure peuvent être divisées en deux grandes classes, A et B, suivant qu’il s’agit d’une méthode non intrusive (c’est-à-dire que le fait de faire la mesure n’apporte pas une perturbation à l’écoulement) ou, au contraire, intrusive, le principe de mesure retenu nécessitant l’introduction dans le milieu fluide de sondes qui constituent autant d’éléments perturbateurs pour le phénomène mesuré.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1980 par Francis DUPRIEZ
- Version courante de sept. 2013 par Isabelle CARÉ
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4. Mesure de vitesse par sonde de pression
L’utilisation des sondes de pression pour la mesure de la vitesse d’un fluide est couramment pratiquée. On distingue deux classes de sondes, suivant qu’elles permettent la mesure du module uniquement ou du module et de la direction. Dans le premier cas, on exploite la caractéristique d’une prise de pression d’être insensible, dans un domaine angulaire donné, à la direction de la vitesse et, dans le second cas, on met à profit la sensibilité des sondes dans un autre domaine angulaire.
4.1 Rappels de mécanique des fluides
le lecteur se reportera utilement à l’article Mécanique des fluides [36].
Dans un fluide en mouvement continu, l’équation de l’impulsion (ou équation générale de la dynamique) s’écrit sous la forme suivante, en projection sur la tangente à la trajectoire d’une particule fluide (équation intrinsèque) :
avec :
- fs :
- projection sur la tangente des forces de frottement par unité de masse
- gs :
- composante sur la tangente des forces de gravité par unité de masse
- p :
- pression statique
- U :
- module de la vitesse
- s :
- abscisse curviligne le long de la trajectoire
- ρ :
- masse volumique.
On peut immédiatement remarquer que dans le cas de liquides, le terme de force de pesanteur est important : un liquide est un fluide pesant. Un gaz a une masse volumique environ 1 000 fois plus faible et on pourra en général négliger le terme de pesanteur par rapport au terme de pression, ce qui revient à poser gs = 0 dans l’équation [4] (fluide non pesant).
Si le fluide est non visqueux (fluide parfait), fs = 0. Si, en outre, le mouvement est permanent, ∂U/ ∂t ≡ 0 et l’équation...
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