Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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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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Mesure de vitesse par sonde de pression3. Méthodes de mesure par sondes autres que de pression
3.1 Moulinets
3.1.1 Principe général de la méthode
Cette méthode de mesure est largement utilisée dans les écoulements liquides et gazeux pour la détermination de vitesses moyennées dans le temps, sur des intervalles allant de quelques dizaines de secondes à quelques minutes. Cette méthode est adaptée aux écoulements à basse vitesse et à grande section (écoulements météorologiques en particulier), le moulinet étant en général un capteur de dimensions non négligeables ; néanmoins, si la dimension du capteur est petite devant l’espace où il est situé, la mesure peut être considérée comme locale.
Il existe deux classes de moulinets, suivant que l’axe de rotation est perpendiculaire ou parallèle à la direction de l’écoulement. L’action des forces créées par l’écoulement entraîne le rotor à une vitesse angulaire ω proportionnelle à la vitesse de l’écoulement dans le domaine de linéarité de l’appareil, c’est-à-dire au-delà d’un certain seuil à partir duquel les frottements sur l’axe de l’appareil ne sont plus prépondérants.
Compte tenu de l’inertie des parties tournantes, les moulinets, quels qu’ils soient, sont mal adaptés à la mesure des fluctuations de vitesse. Ils conviennent très bien, au contraire, pour la mesure de vitesse moyenne (dans le temps) d’écoulements dans lequel il n’existe qu’un faible gradient transversal de vitesse : il convient cependant de respecter une durée de mesure longue devant la durée caractéristique des fluctuations.
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Il existe trois classes de moulinets. Les deux premières, constituées par les moulinets à coupelles et à ailettes, sont essentiellement destinées aux écoulements gazeux, la troisième (moulinets à hélice) est adaptée aux liquides. La première classe est à axe perpendiculaire à l’écoulement, les deux autres à axe parallèle.
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