Principes de base de la dynamique des fluides
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Les fluides au repos sont l’objet d’étude de l’hydrostatique.
Hydrostatique
Essais de: poussée verticale, densité, effets capillaires etc; différentes méthode pour mesurer la pression
Contenu didactique/essais
- étude de la poussée de différents corps
- étude de la densité de liquides
- pression hydrostatique, loi de Pascal
- vases communicants
- calcul du centre de poussée
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Pression d'un liquide sur les parois d'un récipient
Contenu didactique/essais
- distribution de la pression le long d’une surface effective dans un liquide au repos
- force latérale de la pression hydrostatique
- détermination du centre de pression et du centre de gravité de la surface
- détermination de la force de compression résultante
Détermination du métacentre et de la poussée verticale; section de membrure rectangulaire
Contenu didactique/essais
- étude et détermination
- de la poussée et du centre de poussée
- du centre de gravité, du métacentre et de la stabilité
- du gîte
Comparaison de deux formes de membrure différentes: bouchain vif et bouchain adouci
Contenu didactique/essais
- comparaison de deux formes de membrure différentes: bouchain vif et bouchain adouci
L’hydrodynamique étudie et décrit les fluides en mouvement. L’étude des principes de conservation de la masse, de l’énergie et de l’impulsion y est au premier plan.
Hydrodynamique
Visualisation d'un écoulement laminaire et d'un écoulement turbulent
Contenu didactique/essais
- visualisation de l’écoulement laminaire
- visualisation de la zone de transition
- visualisation de l’écoulement turbulent
- détermination du nombre de Reynolds critique
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Visualisation d’un écoulement laminaire et d’un écoulement turbulent
Contenu didactique/essais
- visualisation
- de l’écoulement laminaire
- des zones de transition
- de l’écoulement turbulent
- de l’écoulement secondaire dans un coude de conduite
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Mesure d'écoulement laminaire et turbulent
Contenu didactique/essais
- représentation du profil d’écoulement
- détermination d’une vitesse d’écoulement locale et d’une vitesse d’écoulement moyenne
- influence du nombre de Reynolds sur le profil d’écoulement
- identification des différences entre la formation de l’écoulement laminaire et la formation de l’écoulement turbulent
- frottement du tube / contrainte de cisaillement
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Écoulement autour de différents corps de résistance et écoulement incident de déversoirs
Contenu didactique/essais
- hauteurs d’énergie de l’eau dans un écoulement traversant un canal avec différentes obstacles
- étude du ressaut
- mesure du débit avec le tube de Venturi
- dissipation d’énergie dans le canal
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Pressions statiques et répartition de la pression totale le long du tube Venturi
Contenu didactique/essais
- transformation d’énergie lors d’un écoulement tubulaire divergent / convergent
- enregistrement de l’évolution de la pression dans le tube de Venturi
- détermination de l’évolution de la vitesse dans le tube de Venturi
- détermination du coefficient de débit
- reconnaissance des effets de frottement
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Pressions statiques et répartition de la pression totale le long du tube Venturi
Contenu didactique/essais
- conversion d’énergie avec débit divergent/convergent
- enregistrement de l’évolution de la pression dans le tube de Venturi
- détermination de l’évolution de vitesse dans le tube de Venturi
- évaluation qualitative des pertes de pression
- désignation des influences de la buse et du diffuseur sur la perte de charge
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Démonstration du principe de conservation de l'impulsion; déflecteurs interchangeables avec différents angles de déflexion
Contenu didactique/essais
- démonstration du principe de conservation de l’impulsion
- étude des forces de jet
- influence du débit et de la vitesse d’écoulement
- influence de la variation des angles de déflexion
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Démonstration du principe de conservation de l’impulsion; déflecteurs interchangeables avec différents angles de déflexion
Contenu didactique/essais
- application du principe de conservation de l’impulsion
- mesure des forces de jet
- étude des grandeurs d’influence des forces de jet
- angle de déflexion
- pré-pression de buse
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Écoulement autour de différents corps de résistance et écoulement incident appliqué sur des déversoirs; de l'encre comme produit de contraste
Contenu didactique/essais
- influence sur l’écoulement des différentes formes de déversoirs
- visualisation des lignes de courant lors de l’application d’un écoulement incident sur des déversoirs
- visualisation des lignes de courant lors de l’écoulement autour de différents corps de résistance
- écoulement torrentiel et fluvial
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Analyse de modèles dans un écoulement laminaire et bi-dimensionnel; avec de l'encre comme produit de contraste
Contenu didactique/essais
- visualisation des lignes de courant dans différents cas:
- écoulement autour de corps de résistance
- écoulement traversant des modifications de section
- influence des sources et des puits
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Etude des changements transversaux de l'écoulement laminaire bidimensionnel; visualisation via des bulles d’hydrogène générées par électrolyse
Contenu didactique/essais
- visualisation d’écoulements bi-dimensionnels
- apprentissage des concepts de ligne de courant, de trajectoire et de ligne d’émission
- évolution des lignes de courant à travers une section d’essai avec modifications de la coupe transversale
- limites de l’écoulement potentiel
Relation entre la surface de section traversée et la vitesse d'écoulement
Contenu didactique/essais
- étude de la loi de la continuité
- démonstration de la conservation de la masse
- identification des grandeurs d’influence
- surface de section de passage
- le pas des roues à ailettes
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La vidange d’un réservoir peut être aussi bien stationnaire que non stationnaire. Dans le cas stationnaire, la hauteur de remplissage et donc la portée du jet restent constantes (par ex. en cas d’écoulement sous un déversoir).
On parle d’état non stationnaire dès lors que le réservoir se vide durant le processus de vidange.
Détermination des pertes de charge et du coefficient d'écoulement pour différents profils de sortie
Contenu didactique/essais
- équation de Torricelli
- déterminer l’évolution dans le temps du niveau
- déterminer les durées d’évacuation
- études au niveau du jet de sortie (diamètre, vitesse)
- détermination du débit à différentes hauteurs d’écoulement
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Tracé de la trajectoire d'un jet d'eau avec différentes vitesses de sortie
Contenu didactique/essais
- équation de Torricelli
- déterminer l’évolution dans le temps du niveau
- déterminer les durées d’évacuation
- déterminer la trajectoire du jet d’eau en fonction de
- différentes vitesses de sortie
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Détermination de la trajectoire du jet d'eau et du coefficient d’écoulement pour différents profils de sortie
Contenu didactique/essais
- étude de l’influence du niveau dans le réservoir sur la vitesse de l’écoulement
- application de l’équation de Bernoulli
- comparaison des vitesses de l’écoulement réelle et théorique
- étude de inserts pour la sortie avec de différents diamètres et contour d’entrée, détermination du coefficient de perte de charge
- étude de l’influence de la vitesse de l’écoulement et du coefficient de perte de charge sur la trajectoire du jet d’eau
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Lors de la traversée d’une conduite, l’énergie de pression du fluide baisse suite aux frottements tandis que l’énergie interne du fluide augmente.
Écoulement stationnaire des fluides incompressibles
Influence de la vitesse d’écoulement sur les pertes de charge, tronçons de tuyauterie successifs d'un point de vue didactique
Contenu didactique/essais
- pertes de charge dans les tubes, raccords et éléments de tuyauterie
- influence de la vitesse d’écoulement sur la perte de charge
- mise en application de l’équation de Bernoulli
- détermination des coefficients de traînée
- caractéristiques d’ouverture de la soupape et du robinet à tournant sphérique
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Pertes de charge linéaires en écoulement laminaire / turbulent , nombre de Reynolds et du coefficient de frottement du tube
Contenu didactique/essais
- utilisation du nombre de Reynolds dans l’écoulement tubulaire et déterminer du nombre de Reynolds critique
- calcul du nombre de Reynolds et du coefficient de frottement du tube à partir des valeurs de mesure
- comparaison des valeurs théoriques avec les valeurs de mesure
- étude de l’influence de la température
- relations de similitude dans un écoulement tubulaire
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Pertes par frottement à l'entrée ainsi qu'en fonction de la géométrie et de la rugosité de la surface du tube
Contenu didactique/essais
- formation de l’écoulement le long de la section d’entrée
- différence entre un tube (hydrauliquement) lisse et un tube (hydrauliquement) rugueux
- différence entre un tube rond et une coupe transversale rectangulaire
- différenciation entre écoulement laminaire et écoulement turbulent
- détermination de la perte de charge dans un écoulement laminaire / écoulement turbulent
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Phénomènes d'écoulement au niveau de divers ouvrages de contrôle; pertes à l'entrée et à la sortie
Contenu didactique/essais
- canal ouvert
- écoulement par des ouvrages de contrôle: déversoir à seuil épais, déversoir à paroi mince, déversoir à crête arrondie avec évacuateur en forme de saut de ski, seuil
- écoulement en dessous d’une vanne
- ressaut
- canal fermé
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Pertes de charge dans différents éléments de tuyauterie et réseaux de tuyauteries; montages en parallèle et montage en série de sections de tuyau
Contenu didactique/essais
- enregistrement de la courbe de calibrage de différentes sections de tuyau: perte de pression en fonction du débit
- montages de sections de tuyau en parallèle
- montages de sections de tuyau en série
- montage combiné en série et en parallèle
- étude d’une conduite circulaire
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Détermination du nombre critique de Reynolds
Contenu didactique/essais
- mesures de la perte de charge pour l’écoulement laminaire
- mesures de la perte de charge pour l’écoulement turbulent
- détermination du nombre de Reynolds critique
- détermination du coefficient de frottement du tuyau
- comparaison du coefficient de frottement expérimental du tuyau avec le coefficient de frottement théorique
Influence de la vitesse d'écoulement sur les pertes de charge
Contenu didactique/essais
- études des pertes de charge au niveau des conduites, pièces de tuyauterie et robinetteries
- influence de la vitesse d’écoulement sur les pertes de charge
- calcul des coefficients de résistance
- courbes caractéristiques d’ouverture et valeurs KVS de la soupape à tête inclinée et du robinet-vanne
- familiarisation avec différents organes déprimogènes pour la détermination du débit:
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Transfert d’énergie entre le fluide et la machine par l’intermédiaire de forces d’écoulement.
Modèle d'une turbine à jet libre avec tuyère réglable; détermination du rendement
Contenu didactique/essais
- la structure et le fonctionnement d’une turbine Pelton
- détermination du couple de rotation, de la puissance et du rendement
- représentation graphique des courbes caractéristiques pour le couple de rotation, la puissance et le rendement
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Modèle d'une turbine à réaction avec des aubes directrices réglables; détermination du rendement
Contenu didactique/essais
- la structure et le fonctionnement d’une turbine Francis
- détermination du couple de rotation, de la puissance et du rendement
- représentation graphique des courbes caractéristiques pour le couple de rotation, la puissance et le rendement
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Enregistrement de la caractéristique typique d'une pompe
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec le comportement en service et avec les données caractéristiques d’une pompe centrifuge
- enregistrement de la caractéristique d’une pompe à vitesse de rotation constante de la pompe
- mesure des pressions d’entrée et de sortie
- détermination du débit de refoulement
- enregistrement des caractéristiques de la pompe pour différentes vitesses de rotation
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Caractéristiques et puissance hydraulique; comparaison des différents modes de fonctionnement
Contenu didactique/essais
- étude de pompes montées en série et en parallèle
- détermination de la hauteur de refoulement
- enregistrement de la caractéristique de la pompe
- détermination de la puissance hydraulique
- détermination du point de fonctionnement
Écoulement non stationnaire: la vitesse d’une particule de fluide change en fonction du temps et de sa position. Des écoulements non stationnaires se forment lors de processus de vidange, de processus de démarrage et de mise à l’arrêt des turbomachines ou en cas de vibrations de liquide et de phénomènes du coup de bélier.
Écoulement non stationnaire dans les tuyauteries et les cheminée d'équilibre
Analyse de la formation, des effets et du fonctionnement
Contenu didactique/essais
- compréhension des processus d’écoulement non stationnaires dans les tuyauteries par les essais
- présentation des coups de bélier dans les tuyauteries
- détermination de la vitesse de propagation des ondes dans l’eau
- compréhension du fonctionnement d’une cheminée d’équilibre
- fréquence propre de la cheminée d’équilibre
Démonstration de la fonction d'un bassin de retenue des eaux de pluie et d'un lac artificiel
Contenu didactique/essais
- présentation de processus d’écoulement non stationnaires dans deux bassins de retenue des eaux de pluie placés l’un derrière l’autre
- présentation des processus d’écoulement non stationnaires sur deux réservoirs placés l’un derrière l’autre
- enregistrement des oscillations du niveau de l’eau dans la cheminée d’équilibre après un coup de bélier
- enregistrement et représentation des variations des niveaux d’eau
