MỞ đầu và các TÍNH CHẤT của lưu CHẤT (cơ lưu CHẤT SLIDE TIẾNG PHÁP)

MÉCANIQUE DES FLUIDES MÉCANIQUE DES FLUIDES  42 tiết (14 buổi × tiết)  Kiểm tra kỳ (20%) Tuần 45 phút Chương + + + phần chương  Thi cuối kỳ (80%) 90 phút Tồn chương trình  Hình thức kiểm tra & thi: trắc nghiệm MÉCANIQUE DES FLUIDES Références  Giáo trình Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Bài tập Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Introduction to Fluid Mechanics  Mécanique des Fluides Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES DISTINCTION ENTRE SOLIDE, LIQUIDE ET GAZ  Solide: “dur” et difficilement déformé  Fluide: “mou” et déformable liquide Fluide gaz plasma  Un fluide a tendance s’écouler sous l’action de forces ( par ex Quand on remue le café)  Un solide a tendance se déformer ou s’infléchir (par ex Quand on tape un clavier, le ressort sous ce clavier est compressé) Forces moléculaires: solide > liquide > gaz Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES DÉFINITION D’UN FLUIDE Un fluide est considéré comme un milieu matériel continu Un fluide est une substance qui se déforme sans cesse sous l’effet d’une contrainte de cisaillement aussi faible que soit-elle Les propriétés généraux des fluides comme la densité, la température, la vitesse sont les fonctions continues de la position et du temps RÔLE DE LA MÉCANIQUE DES FLUIDES  Mécanique des fluides consiste en l’étude du repos et du mouvement des fluides et des interactions entre solides et fluides Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES RÔLE DE LA MÉCANIQUE DES FLUIDES (cont.)  Connaissance et compréhension des principes fondamentales et des concepts physiques de la mécanique des fluides peuvent nous aider pour analyser tous les systèmes où les fluides s’écoulent Exemples:  Les systèmes de chauffage ou de ventilation  Les systèmes de conduites  Les problèmes d’écoulement d’air autour d’ailes, de fuselage d’avions, de voiture  Les problèmes posés par le calcul des compresseurs et des turbomachines  Les problèmes de respiration, de la circulation sanguine, de l’oxygénisation Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES DES FLUIDES ♦ Masse volumique (densité): est la masse de l’unité de volume du fluide m    Dimension :   ML-3 FT L-4   Unité : kg m ( SI)   lim  Pour les liquides la masse volumique varie très peu par le changement de la pression et de température  Par contre la masse volumique d’un gaz change facilement Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES ♦ Poids spécifique: est le poids de l’unité de volume du fluide  g  Dimension :   FL-3 ML-2 T -2   Unité : N m Kg m 2s (SI) Kgf m 9,81 N m ♦ Densité relative: représente le rapport entre la masse volumique d’un fluide quelconque et la masse volumique de l’eau dans les condition normale      nuoc @ 4o C 1000 kg m3 nuoc @ 4o C nuoc @ 4o C Ex: densité relative du mercure 20oC est 13,6 densité relative du glycérine 20oC est 1,26 Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES GAZ PARFAIT Relation d’état d’un gaz parfait: p RT  p est la pression absolue ( N/m2 = pascal) (SI) (pression est la force normale par unité de surface )   est la masse volumique (Kg/m3) (SI)  T est la température absolue (Kelvin OK)  R est la constance des gaz parfaits R 8314 M Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES VISCOSITÉ l M M’ P Particule fluide  l’instant, t y y Particule fluide l’instant , t+t O N x P’ Force, Fx, Vitesse, u x Déformation d’une particule fluide en mouvement Fx dFx   lim  Contrainte tangentielle: xy A y  A dA y y Taux de déformation:  d dl dy du    t  t dt dt dy lim Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES VISCOSITÉ Ex.2: Un liquide newtonnien (viscosité 1,9152Pa.s) s’écoule entre deux plaques paralèlles La répartition de la vitesse suit la loi: h y 3V   y   u  1     h  h  V est la vitesse moyenne Si V = 0,6m/s et h = 0,51m Calculer la valeur de la contrainte de cisaillement (contrainte de frottement) la plaque basse et au centre de la liquide Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES VISCOSITÉ 3V  1  Solution: u    y   h    du 3Vy  dy h du À la plaque basse :  td  dy h h y du   dy  td 1,9152 Pa   3V    h  y  h  0,6m / s  6,759 N m  0,51m  du Au centre: y = , du/dy =  dg  dy   0   y 0 Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES VISCOSITÉ Ex.1: Soient deux plaques planes, entre deux plaques il y a un liquide de largeur t=0,3mm, de viscosité =0,65 centipoise et de densité relative =0,88 La 1è plaque se déplace avec la vitesse V=0,3m/s Si t est petite on peut supposer que la répartition de vitesse est linéaire Déterminer la contrainte de frottement aux deux plaques y t=0,3mm V=0,3m/s Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES VISCOSITÉ y du   dy V= 0,3m/s t=0,3mm  0,65centipoise 0,65 10  Pa.s du u V  V 0.3 m s 1      1000 s dy y t  t 0.3 10  m  tren duoi du  dy    0,65 10 Pa.s 1000s  0,65Pa   y t    Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ  Module de compressibilité: dp: petite variation de pression d: petite variation de volume : volume initial du fluide dp dp E   d  d   Quand le volume diminue, mais la masse du fluide est constante, donc la masse volumique  augmente  Le fluide est considéré incompressible si le changement de la masse volumique est négligeable (=const) Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ  Module de compressibilité: dp: petite variation de pression d: petite variation de volume : volume initial du fluide dp dp E   d  d   La compressibilité des gaz:  Si ce processus est isothermique: De l’équation p = RT  p/ = const ou p = const  Si ce processus est isentropique: p/ k=const k le rapport de la chaleur spécifique pression constante Cp et de la chaleur spécifique volume constant Cv  k c p c v ; R c p  c v  Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ dp dp E   d  d  Le fluide est considéré incompressible si le changement de la masse volumique est négligeable (=const) Ex Soit un cylindre contenant 0,1 litre de l’eau 20oC Si on applique une charge sur le piston, le volume d’eau diminue 1%, la pression de l’eau dans le cylindre augmente combien? Solution: À 20oC, module de compressibilité de l’eau: E = 2,2.109Pa d   / 100 d dp  E 2,2 109 10  2,2 107 Pa  Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ dp E  Vitesse du son dans le fluide: c  d  Si le processus de compressibilité est isentropique: c kp  kRT  Ex.: Dans l’air 15,55oC (ou 60oF ou 288,55oK) k = 1,40 R = 287m2/s2K  c = 340,5m/s L’eau 20oC a: E = 2,2 GN/m2  = 998,2kg/m3  c = 1484 m/s Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ Ex Soit un réservoir de volume  = 0,2m3 contenant de l’eau condition standard Déterminer l’augmentation de pression de l’eau dans le réservoir si on y ajoute ’= litres de l’eau en même condition Ví dụ: Một bình thép tích  = 0,2m3 chứa đầy nước điều kiện chuẩn Tìm gia tăng áp suất nước bình sau nén thêm vào ’= lít nước điều kiện chuẩn trường hợp: 1) Bình xem tuyệt đối cứng 2) Bình dãn nở Thể tích bình gia tăng =0,01%/at cho at áp suất gia taêng Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES d dp  E COMPRESSIBILITÉ  1) Le réservoir est complètement dur bt = bs = b Volume initial  = ?  =  trước =  b + ’ = 0,202m3  sau =  b = 0,2m3 p  E  b    b  '   E  b  ' 0,002 2,2 10  2,18 10 Pa 222at 0,202 Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES COMPRESSIBILITÉ d  bt = b dp  E 2) Le réservoir n’est pas dur bs = ? Volume initial  = ?  =  trước =  b + ’ = 0,202m  sau =  bs  bs  b 1   p at    p at b  ' p  E  b  ' ' E at  p at    b E at   b  ' 2,2.109 Pa E  at   2,24.104 at 98100Pa / at 0,002m  2,24.10 at   68,9at 0,00010,2m   2,24.10 at   0,202m  3 4 Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES PRESSION DE VAPEUR SATURÉE † La pression de vapeur saturée est la valeur de pression la surface d’un liquide l’état d’équilibre liquide-vapeur † Si la pression au-dessus du liquide est une valeur inférieure la valeur de la pression de vapeur, alors les bulles de vapeur se forment l’intérieur du liquide Ce phénomène porte le nom cavitation Il est d’importance majeure dans les turbines hydrauliques, les pompes ou les constructions navals Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES TENSION SUPERFICIELLE & CAPILLARITÉ ª Sur la surface libre d’un liquide a une tendance de se contracter: tension superficielle La tension superficielle est le rapport entre une force et une longueur Dimension []=F/L, unité: N/m (SI) ª La surpression, causée par la tension superficielle au sein d’une goute de liquide sphérique de rayon R:  2 p p i  p e  R R pR2  Force l’interface d’une demi-goute Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES TENSION SUPERFICIELLE & CAPILLARITÉ ª La capillarité survient en raison de la force de tension superficielle qui existe sur la ligne de contact entre un liquide et un solide et entre un liquide et un gaz On peut observer la capillarité dans les tubes ouverts de petits diamètres ou entre deux plaques planes situées de petites distances l’un de l’autre 2 cos  h R Chapitre 1: INTRODUCTION & PROPRIÉTÉS DES FLUIDES TENSION SUPERFICIELLE & CAPILARITÉ Ex On peut mesurer la valeur de pression par la hauteur d’eau dans un tube vertical Déterminer le diamètre minimum d’un tube en vitre propre (  0o) pour le niveau d’eau dans ce tube capillaire étant inférieur 1mm Ví dụ: p suất đo cách đo độ cao cột chất lỏng ống thẳng đứng Xđ đường kính nhỏ ống thủy tinh (  0o) cho độ dâng nước (20oC)2 cos  ống tượng mao h dẫn không 1mm R L’eau 20oC  = 0,0728N/m  = 9789N/m3   0o pour 2h 0= 1mm: ,0728 N / m R 9789 N m 10 3 m  0,0149m D 2R 0,0298m 29,8mm ... thi: trắc nghiệm MÉCANIQUE DES FLUIDES Références  Giáo trình Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Bài tập Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Introduction to Fluid Mechanics  Mécanique des Fluides Chapitre... 0o) pour le niveau d’eau dans ce tube capillaire étant inférieur 1mm Ví dụ: p suất đo cách đo độ cao cột chất lỏng ống thẳng đứng Xđ đường kính nhỏ ống thủy tinh (  0o) cho độ dâng nước (20oC)2... bình thép tích  = 0,2m3 chứa đầy nước điều kiện chuẩn Tìm gia tăng áp suất nước bình sau nén thêm vào ’= lít nước điều kiện chuẩn trường hợp: 1) Bình xem tuyệt đối cứng 2) Bình dãn nở Thể tích