Mécanique des Fluides : Notions mecanique des fluides ... et ex (td)
Télécharger PDFNotions de mécanique des fluides
La mécanique des fluides est la science qui étudie les lois régissant l’écoulement des fluides, c’est-à-dire des liquides et des gaz soumis à des forces ou des contraintes. Elle constitue la base du dimensionnement des conduites et des mécanismes de transfert des fluides. Cette discipline se divise en deux grandes branches :
1. La statique des fluides (hydrostatique)
Elle étudie les fluides au repos, notamment la poussée d’Archimède et la notion de pression. Historiquement, c’est le point de départ de la mécanique des fluides.
2. La dynamique des fluides
Elle analyse les fluides en mouvement. D’autres branches connexes incluent l’hydraulique, l’hydrodynamique et l’aérodynamique.
3. La mécanique des fluides numérique (CFD)
Approche moderne utilisant des supercalculateurs pour simuler les écoulements en résolvant les équations qui les régissent. Elle s’applique dans des domaines variés comme l’ingénierie navale, l’aéronautique, la météorologie ou l’océanographie.
Définitions des fluides
Un fluide est une substance composée de particules matérielles libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Il s’agit d’un milieu continu, déformable et sans rigidité, prenant la forme du récipient qui le contient. Les forces de cohésion entre ses particules sont très faibles.
Classification des fluides
Les fluides se distinguent principalement par leur viscosité, une propriété physico-chimique qui définit leur résistance interne à l’écoulement.
Fluides newtoniens et non-newtoniens
Les fluides newtoniens (comme l’eau, l’air et la plupart des gaz) ont une viscosité constante ou dépendante uniquement de la température. Les fluides non-newtoniens (sang, gels, boues, etc.) voient leur viscosité varier en fonction de la vitesse et des contraintes appliquées.
Types de fluides selon leur compressibilité
2.1 Fluide parfait
Un fluide parfait est un modèle idéal où les effets de frottement sont négligés. La force d’interaction entre le fluide et son milieu extérieur est normale à la surface élémentaire considérée, sans composante tangentielle.
2.2 Fluide réel
Contrairement au fluide parfait, un fluide réel prend en compte les forces tangentielles de frottement interne, appelées frottements visqueux. Ces forces s’opposent au glissement relatif des couches fluides et apparaissent uniquement lors du mouvement. Au repos, un fluide réel se comporte comme un fluide parfait.
2.3 Fluide incompressible
Un fluide incompressible est celui dont le volume occupé par une masse donnée ne varie pas en fonction de la pression extérieure. Les liquides (eau, huile, etc.) sont généralement considérés comme incompressibles.
2.4 Fluide compressible
Un fluide compressible est celui dont le volume occupé par une masse donnée varie avec la pression extérieure. Les gaz (air, hydrogène, méthane, etc.) sont des fluides compressibles.
Caractéristiques physiques des fluides
3.1 Masse volumique
La masse volumique (ρ) est définie par la relation :
ρ = m / V
où :
ρ : masse volumique en kg/m³
m : masse en kg
V : volume en m³
Exemples de masse volumique (valeurs indicatives dans des conditions normales)
Fluide | Masse volumique (kg/m³)
Benzène | 880
Chloroforme | 1489
Eau | 1000
Huile d’olive | 918
Mercure | 13546
Air | 1,205
Hydrogène | 0,085
Méthane | 0,717
3.2 Poids volumique
Le poids volumique (γ) est défini par :
γ = (m * g) / V = ρ * g
où :
γ : poids volumique en N/m³
g : accélération de la pesanteur en m/s²
3.3 Densité
La densité (d) est le rapport entre la masse volumique du fluide étudié et celle d’un fluide de référence. Pour les liquides, la référence est généralement l’eau ; pour les gaz, l’air.
d = ρfluide / ρréférence
3.4 Viscosité
La viscosité caractérise les frottements internes d’un fluide, c’est-à-dire sa capacité à s’écouler. Elle mesure la résistance d’un fluide à son écoulement lorsqu’il est soumis à une force.
Les fluides à haute viscosité résistent davantage à l’écoulement, tandis que ceux à faible viscosité s’écoulent plus facilement.
FAQ
Qu’est-ce qu’un fluide parfait ?
Un fluide parfait est un modèle théorique où les frottements internes sont négligés, simplifiant ainsi les calculs en mécanique des fluides.
Comment différencier un fluide incompressible d’un fluide compressible ?
Un fluide incompressible conserve son volume sous l’effet d’une pression extérieure, comme les liquides. Un fluide compressible voit son volume varier, comme les gaz.
Quels sont les fluides newtoniens les plus courants ?
Les fluides newtoniens les plus courants sont l’eau, l’air et la plupart des gaz, dont la viscosité dépend uniquement de la température.