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FLUIDE PARFAIT COMPRESSIBLE (ECOULEMENT PERMANENT)

FLUIDE PARFAIT COMPRESSIBLE (ECOULEMENT PERMANENT).  Grandeurs variables supplémentaires (par rapport aux fluides incompressibles):  (masse volumique) Variation de masse volumique  variation de température T. EQUATIONS DE BASE : Lois de conservation

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FLUIDE PARFAIT COMPRESSIBLE (ECOULEMENT PERMANENT)

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Presentation Transcript

  1. FLUIDE PARFAIT COMPRESSIBLE (ECOULEMENT PERMANENT) Grandeurs variables supplémentaires (par rapport aux fluides incompressibles):  (masse volumique) Variation de masse volumique variation de température T EQUATIONS DE BASE : Lois de conservation Loi d’état + loi d’évolution thermodynamique

  2. Lois de conservation : Masse: Quantité de mouvement  + lois de comportement ‘’fluide parfait’’: Energie e : énergie interne spécifique

  3. loi d’état + loi d’évolution thermodynamique : les gaz parfaits : ( loi d’état ) Loi d’évolution adiabatique (réversible) : Coefficients thermodynamiques : cp : chaleur spécifique à pression constante ; cv : chaleur spécifique à volume constant ; r : constante des gaz parfaits ( # 287 en S.I) ;

  4. APPLICATIONS AUX ECOULEMENTS UNIDIMENSIONNELS Champ des vitesses : ( les autres composantes négligeables). Les autres grandeurs physiques sont fonction de x . S(x) : section de la conduite ou A(x); V(x) : vitesse (en eulérien) ; T(x) : température ; (x) : masse volumique... ;

  5. Autres variables : Vitesse du son : vitesse de propagation d’une perturbation; dépend de l’état thermodynamique du gaz Nombre de Mach : M<1 : régime subsonique. M=1 : régime sonique (ou critique). M>1 : régime supersonique.

  6. EXPRESSION DES LOIS DE CONSERVATION(en écoulement unidimensionnel)

  7. DEFINITIONS : État critique : (M=1 ; V=a ; P=Pc ; T=Tc ; =c ). Etat générateur(exemple : état du gaz dans un réservoir d’alimentation de la conduite) : (V= 0 ; P=Pi ; T=Ti ; =i ) .

  8. tables d’écoulement isentropiques

  9. IMPLICATION DE LOI DE CONSERVATION DE LA MASSE :  Si M< 1 dS et dV de signes opposés : S  V  ; S V  Si M > 1 dS et dV mêmes signes : S  V  ; S V  EVOLUTION DE LA PRESSION : dV et dP sont de signes opposés : V P ; V P

  10. RECAPITULATIF  M<1 : M>1 :

  11. Fonctionnement isentropique d’une tuyère convergente- divergente Col (section mini) Entrée: M<1 Divergent (Dv) Si Mcol < 1 S ↑  V  (M ) , P ↑ Divergent (Dv) Si Maprès-col < 1 S ↑  V  (M ) , P ↑ Convergent (Cv) S  V ↑ (M ↑) , P Divergent (Dv) Si Mcol = 1 Divergent (Dv) Si Maprès-col >1 S ↑  V ↑ (M ↑) , P  M=1 n’est possible qu’au col

  12. Convergent (Cv) S  V ↑ (M ↑) , P Fonctionnement isentropique Divergent (Dv) Si Mcol < 1 S ↑  V  (M ) , P ↑ Divergent (Dv) Si Mcol = 1 Divergent (Dv) Si Maprès-col < 1 S ↑  V  (M ) , P ↑ Divergent (Dv) Si Maprès-col >1 S ↑  V ↑ (M ↑) , P 

  13. Expression du débit massique tables d’écoulement isentropique S/Sc ou A/Ac

  14. POSITION DU CONVERGENTE PROBLEME DE LA TUYERE DIVERGENTE :

  15. Pour une tuyère donnée + conditions génératrices données : Ss : section de sortie; Sc : section du col ; Pi : pression génératrice Mf et Mp : « Mach » en sortie donnée par les lois d’écoulements isentropiques. Pf et Pp : Pressions en sortie données par les lois d’écoulements isentropiques

  16. Si Pext = Pp : *La pression «  isentropique » en sortie se raccorde sans discontinuité avec la pression extérieure . *On obtient le fonctionnement 2 (cv M<1; col M=1; dv M<1) Si Pext = Pf : *La pression «  isentropique » en sortie se raccorde sans discontinuité avec la pression extérieure . *On obtient le fonctionnement 6 (cv M<1; col M=1; dv M>1) Si Pi>Pext >Pp : * On obtient le fonctionnement 1 ( tuyère complètement subsonique) Ces trois cas sont particuliers : Pext peut prendre une valeur quelquonque.

  17. Si Pext = Pp : (cv M<1; col M=1; dv M<1) Si Pext = Pf : (cv M<1; col M=1; dv M>1) Si Pi>Pext>Pp : ( tuyère complètement subsonique) .

  18. Pb : autres valeurs de Pext . Il faut que la pression « isentropique » s’adapte d’une certaine manière avec Pext

  19. Raccordement : sous forme d’onde de choc, ou sous forme d’onde de détente suivant la position de Pext par rapport aux pressions particulières Pf et Pp.

  20. ONDE DE CHOC = surface de discontinuité à travers laquelle les différentes variables subissent une variation brutale. O.D.C = IRREVERSIBLE.

  21. Notations table : P1 : Pression juste en amont de l’O.D.C. P2 : Pression juste en aval de l’O.D.C. 1 : masse volumique juste en amont de l’O.D.C. 2 : masse volumique juste en aval de l’O.D.C. (Pi)1 : Pression génératrice de l’écoulement avant l’O.D.C. (Pi)2 : Pression génératrice de l’écoulement après l’O.D.C. ( Les deux écoulements sont isentropiques avec des conditions génératrices différentes du fait de l’irréversibilité). M (ou M1) : Mach juste en amont de l’O.D.C. M2 : Mach juste en aval de l’O.D.C. ( M1>1 ; M2<1 )

  22. AUTRES FONCTIONNEMENTS QUE 1 , 2 et 6 . FONCTIONNEMENT 4 : Tuyère amorcée . (O.D.C. A LA SORTIE). Pext = PN C0NVERGENT : M<1 COL : M=1 DIVERGENT : M>1 O.D.C A LA SECTION DE SORTIE

  23. Fonctionnement 3 Pp>Pext>PN CONVERGENT : M<1 COL : M=1 UNE PARTIE DU DIVERGENT : M>1 O.D.C 2ème PARTIE DU DIVERGENT : M<1

  24. Fonctionnement 5 PN>Pext>PF CONVERGENT : M<1 COL : M=1 DIVERGENT : M>1 O.D.C oblique après sortie PN>Pext>PF oblique

  25. Fonctionnement 7 Pext< PF CONVERGENT : M<1 COL : M=1 DIVERGENT : M>1 Onde de détente après sortie Pext<PF

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