Principes fondamentaux de la mécanique des fluides

Classification des écoulements

Les écoulements non visqueux peuvent être classés comme suit :

• Flux laminaire : débit sans mélange significatif de particules, mais avec un cisaillement visqueux important. Si un colorant est injecté, le débit ne se mélangerait pas avec le reste du fluide, à l'exception de l'activité moléculaire, conservant son identité sur une période relativement longue.
• Flux turbulent : le débit varie de façon irrégulière, présentant une variation aléatoire. Un colorant injecté se mélange immédiatement par le mouvement aléatoire des particules.

Pression dans les fluides

• Pression statique : la pression P est généralement exprimée en surpression.
• Pression dynamique : lorsque les fluides se déplacent dans un conduit, l'inertie du mouvement provoque une augmentation de la pression statique lors d'un impact sur une zone perpendiculaire à la circulation. Cette force est produite par l'action de la pression dynamique, qui dépend de la vitesse et de la densité du fluide.
• Pression totale : aussi appelée pression de stagnation, c'est la pression dans une impasse.

Mesure de débit : Le tube de Pitot

Le débit du tube de Pitot est associé à la différence entre la pression totale (pression statique + pression dynamique) et la pression statique. Le trou central correspond à la pression dynamique, et les trous latéraux à la pression statique. Son utilisation est répandue lorsque les pertes de charge doivent être limitées. Le débit est obtenu par la vitesse et la section de la conduite ; la mesure de la différence de pression fournit la vitesse au point de mesure, représentative de l'écoulement uniquement si elle est constante sur toute la section.

Hydrométrie et densité

Un hydromètre (ou densimètre) est un instrument utilisé pour déterminer la densité relative d'un liquide. Généralement en verre, il se compose d'un cylindre creux avec une ampoule lestée à son extrémité pour flotter à la verticale. Le densimètre est introduit dans le liquide et la lecture s'effectue à l'endroit où la surface du liquide atteint le cylindre. Ils contiennent une échelle graduée permettant une lecture directe en grammes par centimètre cube, basée sur le principe de la flottabilité (la lecture dans l'eau est de 1,0).

Phénomène de cavitation

La cavitation est une baisse soudaine de la pression d'un fluide en dessous de sa pression de vapeur, due à des changements brusques de vitesse ou à un effet de vide partiel. Cette chute de pression provoque la formation de bulles de vapeur qui, en se déplaçant vers une zone de pression plus élevée, implosent brutalement. Les éléments les plus exposés sont les hélices, les pompes, les turbines et les gouvernails. Pour limiter ce phénomène, il est nécessaire de modifier la géométrie des éléments ou d'optimiser la conception de l'équipement.

Équation de Bernoulli vs Énergie

L'équation de Bernoulli est issue de la deuxième loi de Newton et est valable le long d'une ligne de courant. En revanche, l'équation de l'énergie provient de la première loi de la thermodynamique et est valable entre deux sections d'un écoulement de fluide.