Chapitre 3 Bases de l’écoulement III
3.2 Caractéristiques des écoulements
Ce chapitre présente certaines des caractéristiques importantes d’un écoulement. La différence dans les caractéristiques du débit peut affecter la façon dont le débit est analysé. De plus, la connaissance des caractéristiques d’écoulement est très importante lors de l’évaluation de la validité d’un résultat obtenu.
3.2.1 Fluides compressibles/incompressibles
La compression et la dilatation sont des caractéristiques importantes d’un fluide. Rappelez-vous qu’un fluide peut être un liquide ou un gaz. Si la compression et l’expansion ont un effet significatif sur la densité du fluide (kg / m3), le fluide est appelé fluide compressible. Prenons un exemple simple d’un gaz dans une bouteille comme le montre la figure 3.10. La bouteille est scellée de sorte que le gaz ne puisse pas entrer ou s’échapper. Le volume de fluide change à mesure que le piston se déplace. Cependant, la masse du système ne change pas car le gaz n’est pas autorisé à entrer ou à sortir de la bouteille. Par conséquent, la densité du fluide doit changer en raison du changement de volume.
Figure 3.10: Fluide compressible
D’autre part, lorsque la compression et l’expansion n’affectent pas de manière significative la densité du fluide, le fluide est appelé fluide incompressible. Le volume d’un fluide incompressible ne change pas et sa densité est traitée comme une constante. Considérez un liquide dans un cylindre. Si le cylindre est scellé, le piston cessera de bouger une fois qu’il sera en contact avec le liquide. Lorsque le piston se rétracte, un espace vide est créé au-dessus de la surface du liquide. La quantité d’espace (volume) occupée par le liquide ne change pas (en fait, le volume change mais le changement est très minime). Comme la quantité de liquide est presque inchangée, la densité du fluide (kg / m3) est constante. Les liquides sont toujours considérés comme des fluides incompressibles, car les changements de densité causés par la pression et la température sont faibles.
Alors qu’intuitivement les gaz peuvent toujours sembler être des fluides incompressibles si le gaz est autorisé à se déplacer, un gaz peut être traité comme étant incompressible si sa variation de densité est faible. Considérons la bouteille remplie d’un gaz comme le montre la figure 3.11. Des orifices sont ajoutés à la bouteille pour permettre au gaz d’entrer ou de sortir de la bouteille. Lorsque le piston pousse vers le bas, le gaz s’écoule de l’orifice car le volume du cylindre diminue. La quantité de masse du gaz diminue également proportionnellement et la densité du gaz (kg / m3) dans le cylindre est inchangée. Lorsque le piston se rétracte, le volume du système augmente, le gaz (masse) entre par l’orifice et la densité du gaz (kg/m3) reste à nouveau sensiblement constante. Dans cette situation, le gaz se comporte comme un fluide incompressible. Au sens strict, un fluide complètement incompressible n’existe pas. Cependant, lorsque la densité change en raison de la pression (le mouvement du piston applique une pression au fluide dans le cylindre) ou que la température est faible, l’approximation d’un fluide en tant que fluide incompressible peut grandement simplifier les calculs.
Figure 3.11: Fluide incompressible
Une mesure du degré de compressibilité d’un gaz est le nombre de Mach M du flux. Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse du fluide et la vitesse du son. Lorsque M < env. 0,3, un fluide peut être traité comme incompressible. Pour une température de l’air de 20 ° C, la vitesse du son est d’environ 340 m / s. Par conséquent, si la vitesse du fluide est de 100 m / s ou plus, la compressibilité doit être prise en compte dans les calculs. Pour des vitesses de fluide inférieures à 100 m/s, le fluide peut être considéré comme incompressible. De plus, si la température du fluide change de manière significative (ce qui est différent du fait que le fluide est à une température élevée ou basse constante), la densité du fluide changera également sensiblement lors de la détente ou de la compression du volume. Dans ce cas, le fluide peut également être traité comme un fluide compressible.
À propos de l’auteur
Atsushi Ueyama / Né en septembre 1983, Hyogo, Japon
Il est Docteur en Philosophie en Ingénierie de l’Université d’Osaka. Ses recherches doctorales ont porté sur la méthode numérique pour le problème d’interaction fluide-solide. Il est ingénieur conseil chez Software Cradle et fournit un support technique aux clients de Cradle. Il est également un conférencier actif lors de séminaires et de cours de formation Cradle.