[PDF] Mécanique des fluides Bibliothèque royale de Belgique

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Mécanique

des fluides a

Çengel

a

Cimbala

9782804 164836

ISBN : 978-2-8041-�6483-6

Conception graphique : Primo&Primo

La mécanique des fluides est un outil performant qui permet d'expl�iquer les phénomènes qui nous entourent, de l'échelle microscopiqu�e à l'échelle macroscopique. Elle intervient dans un nombre illim�ité d'applications pratiques allant des systèmes biologiques à la p�ropulsion des automobiles, des avions et des fusées et elle est aussi à la base du développement de nombreuses technologies. Cet ouvrage à destination des étudiants donne une vision complète de la mécanique des fluides. Il fait le pont entre la connaissance et son application à travers les explications des concepts et de nombreux exemples pratiques, schémas, figures et photographies. Il valorise ce domaine d"enseignement en l"illustrant de nombreux exemples issus de l"ingénierie navale, l"aéronautique, la météorologie, etc.

Les objectifs de ce livre sont :

a Couvrir les principes de base et les équations de la mécanique des fluides a Présenter de nombreux exemples variés et réels d"ingénierie appliquée a Développer une compréhension intuitive de la mécanique des fluides en mettant l"accent sur la physique et en utilisant des figures et des aides visuels attractives

Traduction de la 2

e édition américaine Alexandre Chagnes, Professeur à l"École Nationale Supérieure de Géologie,

Université de Lorraine.

Sophie Griveau, Maitre

Mécanique

des fluides a

Çengel

a

Cimbala

Mécanique

des fluides a

Çengel

a

Cimbalaŋŋ

&'5RP ,QFOXV

Fondements et applications

Fondements et applications

Traduction française :

A. Chagnes, S. Griveau,

V. Lair, A. Ringuedé9782804164836_MECFLU_CV.indd 118/07/2017 09:10

TRADUCTION DE LA 2

e

ÉDITION AMÉRICAINE

PAR

A. CHAGNES, S. GRIVEAU, V. LAIR, A. RINGUEDÉ

D i c a c e

Pour les étudiants - En espérant exalter votre envie et votre enthousiasme pour explorer le mode de fonctionnement de notre monde intérieur pour lequel la mécanique des fluides joue un rôle fascinant. Notre souhait est que ce livre vous donne envie d'apprendre, pas uniquement la mécanique des fluides, mais aussi ce qui se cache derrière la vie.

�unus A� �engel ����-��¡��������‡���������'�����‡�����•���ª�������

John M� Cimbala�����OE��¡����������ˆ����� �����•���ª��'

1 a � � � � � � ����

INTRODU

CTION ET CONCEPTS DE BASE 1

a � � � � � � ����

PROPRIÉTÉS DES FLUIDES 37

a � � � � � � ����

PRESSION ET STATIQUE DES FLUIDES 73

a � � � � � � ���� C

INÉMATIQUE DES FLUIDES 131

a � � � � � � ���� ÉQUATIONS DE MASSE, DE BERNOULLI ET D"ÉNERGIE 183 a � � � � � � ���� AN ALYSE DE LA QUANTITÉ DE MOUVEMENT DES SYSTÈMES D"ÉCOULEMENT 239 a � � � � � � ���� A

NALYSE DIMENSIONNELLE ET MODÉLISATION 283

a � � � � � � ����

ÉCOULEMENT DANS LES CONDUITES 337

a � � � � � � ���� A

NALYSE DIFFÉRENTIELLE DE COULÉE 417

a � � � � � � ����� SOLUTIONS APPROCHÉES DE L"ÉQUATION DE NAVIER-STOKES 489 a � � � � � � ����� ÉCOULEMENT EXTERNE: TRAÎNÉE ET PORTANCE 581 a � � � � � � �����

ÉCOULEMENT COMPRESSIBLE 633

a � � � � � � �����

ÉCOULEMENT À SURFACE LIBRE 699

a � � � � � � �����

TURBOMACHINE 757

a � � � � � � �����

INTRODU

CTION À LA MÉCANIQUE DES FLUIDES NUMÉRIQUE 847

Avant-propos xv

INTRODU

CTION ET CONCEPTS DE BASE 1

1-1 �

Qu'est-ce qu'un uide ? 2

Domaines d"application de la mécanique des uides 4

1-2 �€

1-4 �´€

Domaines visqueux ou uides d'un écoulement 10

Écoulement interne ou externe

10

Écoulement compressible ou incompressible

10

Écoulement laminaire ou turbulent

11

Écoulement naturel (non forcé) ou forcé

11

Écoulement stationnaire ou non stationnaire

12

Écoulement à 1-,2- et 3-dimensions

13

1-5 �

1-6 �‡€

1-7 �������������‡��‰�‡����•�������-��"�Š‡���

Modélisation pour l'ingénierie 22

Étape 1 : État du problème 24

Étape 2

: Schématisation 24

Étape 3

: Hypothèses et approximations 24

Étape 4

: Lois de la physique 24

Étape 5

: Propriétés 24

Étape 6

: Calculs 25

Étape 7

: Raisonnement, vérication et discussion 25

1-9 �‡‰€‚

Solveur d'équation d'ingénierie

(EES pour Engineering Equation Solver) 26

FlowLab

27

1-10 �Ž€

Résumé 31

Références et lectures conseillées

31
fleetsé.àé pd�‹˜‹€

Problèmes 33

PROPRIÉTÉS DES FLUIDES 37

2-1 �

Continuum 38

2-2 ������™���‡�•�������������� œ§

Masse volumique des gaz parfaits 40

2-3 OE�����������™�-���������™������� ž...

2-4 �

2-5 �€¡´

Coef�cient de compressibilité 44

Coefcient de dilatation isobare

46

Vitesse du son et nombre de Mach

48

2-6 "�������� µ-

2-7 •�������������¡��������¡¡��������-�������� µµ

Effet de capillarité 58

Résumé

61
fxrnmeruobàmme aàép pd�™€

Références et lectures conseillées 63

Problèmes

63

PRESSION ET STATIQUE DES FLUIDES 73

3-1 �€

Pression en un point 75

Variation de la pression avec la profondeur

76

3-2 �

Le baromètre et la pression atmosphérique 79

Le manomètre

82

Autres dispositifs de mesure de pression

86

3-3 �

3-4 �€‰

Cas spécial : Plaque immergée rectangulaire 90

3-5 �€‰

3-6 �€““

Stabilité de corps ottants et immergés 100

3-7 �

Cas spécial 1 : Fluides au repos 104

ix

TABLE DES MATI�RES

Cas spécial 2

: Chute libre d"un corps de uide 104

Accélération sur un chemin droit

105

Rotation dans un conteneur cylindrique

107

Résumé

110

Bibliographie

111

Problèmes

111

ISBN :9784

C

INÉMATIQUE DES FLUIDES 131

4-1 �€

Champ d'accélération 134

Notation et dérivée

137

4-2 �™

Lignes de courant et tubes de courant 139

Trajectoire d"une particule

140

Lignes d"émission

142

Lignes de temps

144

Techniques de réfraction pour la visualisation

de l"écoulement 145

Techniques de visualisation de la surface

de l"écoulement 146

4-3 •�����������������'�������‡��� ...ž¨

Tracé de pro�l 147

Tracés de vecteur

147

Tracés de contours

148

4-4 �€

Types de déplacement ou de déformation des éléments de uide 149

4-5 "�������������������������� ...µž

Comparaison de deux écoulements circulaires 157

4-6 �‰€Š‡

Dérivée du Théorème de Transport de Reynolds 163 Relation entre les outils de dérivation et le TTR 165

Résumé

166
fxrnmeruobàmme aàép pd�™

Bibliographie 168

Problèmes

168

ISBN :9781

ÉQUATIONS DE MASSE,

DE

BERNOULLI ET D"ÉNERGIE 183

5-1 �

Conservation de la masse 184

Équation de la quantité de mouvement

184

Conservation de l"énergie

184

5-2 �€

Débits massiques et volumiques 185

Principe de conservation de la masse

187
Éléments de volume en mouvement ou se déformant

189Équilibre des masses pour des procédés à écoulements

stationnaires 189

Cas spécial

: écoulement incompressible 190

5-3 �

5-4 �‹€

Accélération d'une particule de uide 197

Dérivation de l"équation de Bernoulli

198
Équilibre des forces au travers d"une ligne de courant 200

Fluide non stationnaire, compressible

200

Pressions statique, dynamique et de stagnation

200
Limites à l"utilisation de l"équation de Bernoulli 202

Prol hydraulique (PH) et Prol d"énergie (PE)

203

Applications de l"équation de Bernoulli

205

5-5 �€

Transfert d'énergie par la chaleur,

Q 213

Transfert d"énergie par travail,

W 213

Travail de l"arbre

214

Travail par les forces de pression

214

5-6 �

Cas particulier : écoulement incompressible

sans dispositif de travail mécanique, et des frottements négligeables 219
Facteur de correction de l"énergie cinétique, 219

Résumé

226

Références et lectures suggérées

227

Problèmes

228

ISBN :9786

AN

ALYSE DE LA QUANTITÉ DE MOUVEMENT

DES S

YSTÈMES D"ÉCOULEMENT 239

6-1 �€—€

6-2 �‰€Ž‹‡

6-3 �€‚

6-4 �€

Cas particuliers 247

Facteur de correction du ux de quantité

de mouvement, 247

Écoulement permanent

249

Écoulement permanent avec une seule entrée

et une seule sortie 250

Écoulement sans forces externes

250

6-5 ��™����������‡��™�‡�����������������������™�������

6-6 �€

Cas particuliers 263

Écoulement sans moments externes

264

Dispositif à écoulement radial

265

Résumé

269

Références et lectures conseillées

270

Problèmes

270
x A

NALYSE DIMENSIONNELLE

ETMODÉLISATION 283

7-1 2‡

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