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Thermomécanique des fluides - Cours

Sigle: C3223, ECTS: 2

Objectifs du cours

  • Introduire la démarche de ce qu'on appelle souvent "thermodynamique des processus irréversibles" qui s'occupe des phénomènes de transfert, d'énergie bien sûr, mais aussi de masse.
  • Faire comprendre le comportement des fluides usuels (qualifiés de newtoniens). On expose pour cela : les divers aspects qualitatifs des propriétés des fluides et de leur comportement (compressibilité, turbulence, cavitation, couche limite, sillages...), quelques phénomènes physiques fondamentaux (propagation d'ondes, tourbillons, ...) qui se déduisent des lois générales.
  • Faire comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans les échanges énergétiques : conduction, rayonnement, convection.
  • Mettre en application les équations correspondantes par des méthodes appropriées, pour décrire le fonctionnement de systèmes réels (dispositifs énergétiques, systèmes naturels, …).
Le but final est de donner les moyens d’analyser un système d’une certaine complexité, permettant par exemple l’étude (dimensionnelle et constructive) d’un procédé ou d’un appareil industriels.

Pré-requis

Ce cours nécessite comme connaissances les cours de physique générale des classes de Spéciales, le cours de Thermodynamique (premier et deuxième principe), le cours écrit de Transferts Thermiques assurant la liaison avec celui du cours de Thermodynamique. Il fait aussi appel au cours de Mécanique des Milieux Continus et aux bases du calcul différentiel et analyse vectorielle (donc programme de Spéciales). Il serait souhaitable que les élèves disposent de quelques connaissances dans le domaine des équations aux dérivées partielles, et de l'algèbre tensorielle simple (espace euclidien).

Programme

Le temps est partagé entre trois activités distinctes et complémentaires, qui occupent chacune des volumes horaires à peu près identiques : cours, exercices et projet. Nous considérons comme indispensable la connaissance des phénomènes physiques et des équations qui les régissent (non par leur aspect littéral mais par l'interprétation des grandeurs qui y figurent). Le plus important consiste à savoir mettre en équation un problème précis en appliquant la méthode générale qui consiste à effectuer les bilans des grandeurs physiques fondamentales (masse, impulsion, énergie). Les développements théoriques sont donc réduits, laissant les deux tiers de l'enseignement à la mise en pratique du savoir. L'acquisition des fondements est l'objet de 13 leçons à thèmes qui se partagent en 13 séances de cours en "amphi" et autant de séances d'exercices en "petites classes". Les dernières séances sont réservées à un projet de nature pratique et faisant recours à quelques logiciels spécialisés.
Il s'agit d'un cours de formation générale de l'ingénieur. Il trouve son prolongement dans le cours de Machines Thermiques, le cours de mécanique des fluides numérique et expérimentale, dans les opérations de Thermique Industrielle (fours, chaudières), les opérations de Génie Chimique, les études de thermomécanique.

Modalités d'évaluation

Le contrôle des connaissances est constitué d'un examen intermédiaire et d'un projet réalisé en binôme. Les 2 notes comptent pour 40% chacune ; la participation aux petites classes complète l'évaluation.

Modalités pédagogiques

Généralités sur les fluides. Le fluide au repos. Aspects qualitatifs du fluide en mouvement : fluide parfait, couche limite, turbulence, sillages, cavitation, discontinuités. Trajectoires et lignes de courant, écoulements permanents.
Equations de la Mécanique des Fluides (locales et aux limites). Théorème d'Euler et de Bernoulli ; application aux transformations d'énergie, aux mesures de vitesse, aux rotors de turbomachines.
Ecoulements en conduites. Pertes de charge en régime laminaire et turbulent. Pertes de paroi et pertes singulières. Cas des fluides compressibles ; débit critique.
Similitude : grandeurs déterminantes ; conditions de similitude. Similitude approchée. Technologie des essais sur modèles réduits.
Machines hydrauliques : machines volumétriques, commandes hydrauliques. Turbomachines : théorie générale, application aux turbines, pompes, ventilateurs. Transmissions hydrodynamiques.
Ecoulements unidirectionnels de fluides parfaits. Ecoulements à deux dimensions de fluides parfaits ; potentiel complexe, transformations conformes. Ecoulements de fluides réels en milieu infini. Couche limite au voisinage d'une paroi. Profil des vitesses, coefficient de frottement, décollement de couche limite, effet Coanda. Ecoulements autour des obstacles. Portance et traînée ; application aux profils d'ailes.
Conduction thermique : Loi de Fourier. Transfert par conduction en régime permanent. Transfert par conduction en régime variable. Ordre de grandeur des constantes thermophysiques et des nombres adimensionnels. Méthode des différences finies.
Rayonnement
: Rappel des lois physiques. Rayonnement du corps noir et des corps réels opaques. Facteurs de forme. Méthode des radiosités. Corps sélectifs.
Convection
: Mécanisme des échanges par convection. Analogie avec les phénomènes de frottement. Coefficients d'échanges. Transferts dans les échangeurs. Méthode NUT, E.
Thermodynamique des systèmes ouverts . Relations phénoménologiques flux forces, phénomènes physiques associés : effet Seebeck, effet Peltier, thermodiffusion, osmose et osmose inverse. Projet : Applications des calculs d'échange de chaleur à un problème industriel (usine d’incinération, feu de nappes d’hydrocarbures, conception d’un turbo réacteur, radiateur passif de satellite, système de chauffage solaire).

Equipe pédagogique

Responsable(s)
François CAUNEAUPascal STABAT

Chargé(s) d'enseignement
Gisèle ABI CHAHLAEtienne DECOSSINMaroun NEMER
Thomas PERROTINCong Toan TRAN

Intervenant(s)
Roukoz EL KHOURY ; Marc FERMIGIER ; Bruno FIGLIUZZI ; Jérémie FRICKER ; Amiro GODOY-DIANA ; Elie HACHEM ; Rami KHADRA ; Camille MOUKARZEL ; Laurent PATÉ ; Catherine ROND ; Assaad ZOUGHAIB
Sigle C3223
Année 2ème année
Niveau Graduate 1st year
Crédits ECTS 2
Coefficient 2
Nb. d'heures 35
Nb. de séances 27
Type de cours Tronc Commun
Semestre 3
Période Automne
Domaines
  • Mécanique des fluides
  • Energétique
Dernière mise à jour:
20 Jun 2017 09:30 par julien