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Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 1
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA
TECHNOLOGIE MOHAMED BOUDIAF ORAN
FACULTE DE GENIE MECANIQUE
DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE
MECANIQUE DES FLUIDES I
(Cours et Applications) Polycopié de Mécanique des Fluides I " Cours et applications» destiné aux étudiants de 2ème année de Licence (Semestre 3)Sciences et Technologie (ST)
Préparé par :
Dr YOUCEFI Sarra
Maitre de Conférences classe B
Département de Génie mécanique
Année Universitaire 2016-2017
Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 2Avant propos
Ce polycopié de cours de Mécanique des Fluides I répond au programme officiel du étudiants de la deuxième année LMD (3ème semestre) du domaine Sciences et Technique des universités e fluides pour les étudiants de Génie mécanique. Ce document couvre la majorité des aspects de la mécanique des fluides. Il est comme suit : Dans le premier chapitre, on étudie les propriétés des fluides, la statique des fluides en deuxième chapitre et la dynamique des fluides parfaits incompressibles en troisième chapitre,le dernier et quatrième chapitre est réservé à la dynamique des fluides réels incompressibles.
Ces quatre chapitres sont illustrés par des exercices résolus qui peuvent aider le
lecteur à mieux comprendre le cours.La rédaction de ce polycopié à été tirée de la documentation existante au niveau de
toutes les bibliothèques et les sites InternetDr Sarra YOUCEFI
Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 3Sommaire
Chapitre 1 : Propriétés des fluides
1.1. DĠfinition dun fluide
1.2. Système dunitĠs
1.3. Propriétés physiques des fluides
Compressibilité
Masse volumique
Densité
Poids volumique
Volume massique
Viscosité
Chapitre 2 : Statique des fluides
2.1. Notions de pression
2.2. Pression en un point dun fluide au repos
2.4. Transmission des pressions dans les liquides
Chapitre 3 : Dynamique des fluides parfaits incompressibles3.1. Equations générales de la dynamique des fluides parfaits
3.2. Ecoulement permanent
3.3. Equation de continuité
3.4. Débit massique, débit volumique
3.5. Théorème de Bernoulli (écoulement sans échange de travail)
3.6. Applications du théorème de Bernoulli
Vidange dun rĠserǀoir
Tube de Venturi
Tube de Pitot
3.7. Théorème de Bernoulli (écoulement avec échange de travail)
3.8. ThĠorğme dEuler
Chapitre 4 : Dynamique des fluides réels incompressibles4.1. Régimes dĠcoulement
4.2. Ecoulement laminaire et turbulent
4.3. Pertes de charge
Pertes de charge linéaires
Pertes de charge singulières
4.4. Théorème de Bernoulli Généralisé
Références bibliographiques
Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 4Chapitre 1 : Propriétés des fluides
1.1. DĠfinition dun fluide
liquides et les gaz sont des fluides, ainsi que des corps plus complexes tels que les polymères ou les fluides alimentaires. Ils se déforment et sĠcoulent facilement. Un fluide englobe1.2. Systğme dunitĠs
Les unités de mesure utilisées dans ce document sont celles du système international (SI). Les unités principales de ce système sont rassemblées dans le tableau suivant : Tableau 1.1 : Principales unités dans le système international (SI) Longueur Masse Temps Pression Force Energie Puissance Mètre Kilogramme Seconde Pascal Newton Joule Watt (m) (Kg) (s) (Pa) (N) (J) (W)L M T ML-1T-2 MLT-2 ML2T-2 ML2T-3
1.3. Propriétés des fluides
Tous les fluides possèdent des caractéristiques permettant de décrire leurs conditions
fluides on a :1.3.1 Compressibilité
1.3.2 Masse volumique et densité
1.3.3 Poids volumique
1.3.4 Volume massique
1.3.5 Viscosité
1.3.1 Compressibilité
La compressibilité est le caractère de variation de volume de fluide avec une variation de pression (dp), le volume de fluide subit une diminution de volume (dV). Laugmentation de pression entraine une diminution de ǀolume.Le coefficient de compressibilité est :
dpV dV dpVdV /
(Pa-1), (m2/N) (1.1) : coefficient de compressibilité (m2/N)V : volume de fluide (m3)
dV : variation de volume (m3) Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 5 dp : variation de pression (N/m2)1.3.2 Masse volumique et densité
a) Masse volumique : La masse volumique dun fluide est la masse de lunitĠ de volume de ce fluide. Elle sedžprime en kg/m3 Les fluides sont caractérisés par leur masse volumique V MVolume
masse U (1.2)M : masse du fluide (kg)
V : volume du fluide (m3)
: masse volumique (kg/m3) Fluides mercure eau de mer eau pure huile essence butane air (kg/m3) 13 600 1030 1000 900 700 2 1.293 b) Densité La densité : elle mesure le rapport de la masse volumique du fluide rapportée à un corps de rĠfĠrence. Cest une grandeur sans unitĠ dĠfinie par : réfd U (1.3)Eau : pour les solides et les liquides
Air : pour les gaz
Exemples :
110001000 eaud
7.01000
700 essenced
Les liquides sont caractérisés par une masse volumique relativement importante ; liquide ب Pour les gaz, la masse volumique dépend de la température et de la pression.1.3.3 Poids volumique (poids spécifique) :
(N/m3)Il reprĠsente la force dattraction edžercĠe par la terre sur lunitĠ de ǀolume, cΖest-à-dire le
poids de lunitĠ de ǀolume. V G V Mg V Vg g (N/m3) (1.4) Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 61.3.4 Volume massique (volume spécifique)
volumique M VvV V 1 (m3/kg) (1.5)1.3.5 Viscosité
à faire déplacer les couches de fluide les unes par rapport aux autres. Lorsque le fluide sedéplace en couches parallèles ; le facteur de proportionnalité est le coefficient de viscosité
dynamique, ( ) et on écrit alors : (1.6) La viscosité cinématique, , est définie comme étant le rapport entre la viscosité dynamique et la masse volumique. (1.7)Pa.s : Pascal seconde
Pl : Poiseuille avec 1 Pa.s = 1 Pl =1kg /ms
Dans le systğme CGS lunitĠ est le Poise (Po) avec 1 Po = 10-1 Pl dy duW PQ Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 71.4. Applications
Exercice 1
Soit un ǀolume dhuile Vс 6m3 qui pèse G= 47KN. Calculer la masse volumique, le poids
spécifique et la densité de cette huile sachant que g= 9.81 m/s2. Calculer le poids G et la masse
M dun ǀolume Vс 3 litres dhuile de boite de ǀitesse ayant une densitĠ Ġgale ă 0.9Solution
Masse volumique
V MgVG6*81.9
1000.47
5.798 kg/m3Poids volumique
g81.9*5.798
3.7833
N/m3Densité
réfd U 10005.798d7985.0
Poids ;
V GY G = V* = g V = 0.9 103. 9.81. 3.10-3 = 26.48 NMasse : M = *V = 0.9 103 * 3.10-3 = 2.7 kg
g GM 81.948.26kg7.2
Exercice 2
- laccĠlĠration de la pesanteur gс9,81 mͬs2Solution
g81.9*1000*7.0
6867N/m3
Exercice 3
cinématique = 1.1 StSolution
X.900.10*1.14
sPa.099.0 PQ Dr YOUCEFI Sarra : Mécanique des fluides I (Cours et Applications) 8Exercice 4
La ǀiscositĠ de leau ă 20Σc est de 0.01008 Poise. Calculer - La viscosité absolue (dynamique)- Si la densité est de 0.988, calculer la valeur de la viscosité cinématique en m2/s et en Stokes
Solution
1 Po = 10-1 Pl
sPa.001008.0 = 1.02 * 10-6 m2/s = 1.02 10-2 StExercice 5
viscosité cinématique en stockes sachant que sa densité est d=0,95.Solution
= 10-4 m2/s = 1 St (1 stokes = 1 cm2/s = 10-4 m2/s)Exercice 6
les paramğtres ă lĠtat final sont : p2= 250bar et V2= 30dm3. Calculer le coefficient de
compressibilité de ce liquide