Où part l'énergie en aéro/hydrodynamique?

[EspritTordu]

Bonjour,

Voici un lien sur l'aérodynamisme, la force de trainée en v^2, la puissance de trainée en v^3 :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Aerodynamique

Que cela soit de l'air ou de l'eau, la vitesse d'un objet dans un fluide dépend de sa forme faisant varier le coefficient appelé Cx.
Le fluide freine donc de manière non proportionnelle l'objet en mouvement. Où passe l'énergie de freinage (fournie par la quantité de mouvement de l'objet,non?), en pression (donc en chaleur), en mettant le fluide en mouvement?

Est-ce que l'ensemble, objet en mouvement (comme un fuseau par exemple) et fluide concerné par la pénétration de l'objet forme un système fermé?

Merci d'avance.

[Coincoin]

Salut,
L'énergie sert à mettre en mouvement le fluide, puis se diffuse à cause de la viscosité du fluide et devient de la chaleur.

[obi76]

=> http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseigne...turbulence.pdf
Regarde le chapitre 9.2.4.

En fait lors de la mise en turbulence d'un écoulement, il apparaît ce qu'on appelle les cascade de Kolmogorov (considère ça vite fait comme une fractale), ou les système les plus gros (les plus gros tourbillons en gros) cèdent leur énergie aux plus petits, et cela d'échelle en échelle jusqu'à ce que la viscosité dissipe cette énergie dans les plus petits systèmes.

[EspritTordu]

Je ne comprends pas très bien. Mon fuseau est un objet symétrique pénétrant dans un fluide et donc soumis à trois type de frottement : le frottement sec (de Newtow) due aux imperfections de surface, le frottement
visqueux du à la viscosité du fluide (fonction de la vitesse), et un dernier dues aux turbulences illustrées par les cascade de Kolmogorov du pdf (fonction de la vitesse au carré)?

Peut-on éviter les turbulences? Comme mon objet est symétrique, l'énergie perdue en amont n'est pas réinjectée en aval?

[EspritTordu]

Peut-on éviter ces mouvements de fluides?

[jecario]

Bonjour,

la perte d'energie la plus importante provient de la trainee.

Dans l'air et dans l'eau, la viscosite reste relativement peu importante, ce qui fait que les fluides restent froids apres le passage d'un bateau ou d'un avion.
En fait, le passage d'un objet dans le fluide (aile d'avion par exemple ou coque de navire) va lui donner une energie que l'on retrouve dans le mouvement des molecules.

On remarquera ainsi que la houle se deplace sur des centaines de kilometres, que le sillage des bateaux s'eloigne jusqu'a l'horizon et que le vent n'a de limite que le relief et les autres courants...


Des lors que ton objet n'a pas un volume nul, tu ne peux pas eviter ces deplacements de fluides.
Par contre, tu peux optimiser ton objet pour que les mouvements soient aussi faibles que possibles (creation de courants destructeurs...).

[EspritTordu]

Des lors que ton objet n'a pas un volume nul, tu ne peux pas eviter ces deplacements de fluides.
Par contre, tu peux optimiser ton objet pour que les mouvements soient aussi faibles que possibles (creation de courants destructeurs...).

Comme les bulbes d'entraves pour les navires, n'est-ce pas?

[jecario]

Hello,

On ne dit pas bulbe d'entrave, mais bulbe d'etrave

En fait, je pensais plus a un cournt d'air qui viendrait, par exemple, casser le vortex en bout d'aile...

Mais tu as raison, le bulbe d'etrave joue ce role.

L'etrave proprement dite, la partie de la coque fendant l'eau, cree une onde de type sinusoide qui court le long de la coque. Le principe du bulbe d'etrave est de creer une onde identique en opposition de phase. Les 2 vagues qui se rencontrent s'annulent et la trainee (?) du navire est diminuee.

[EspritTordu]

Etrave, c'est cela merci, l'entrave freinerait plutôt !

Les ondes sinusoïdales produites par l'étrave ont pour raison les vagues de la mer avant-tout, non? Sur un navire qui à une carène des plus hydrodynamique, d'ou viennent les frottements : le contact eau/acier?

Pour un objet en fuseau, la trainée est nulle, non? et pourtant les forces de frottement existent encore?

Sur une voiture de Monsieur toutlemonde, est-ce l'air qui freine le plus ou bien le contact au sol?

[jecario]

Les ondes sinusoïdales produites par l'étrave ont pour raison les vagues de la mer avant-tout, non?

Je ne crois pas, l'etrave cree une sinusoide de toute facon.

Sur un navire qui à une carène des plus hydrodynamique, d'ou viennent les frottements : le contact eau/acier?

Il y a aussi des frottements, d'autant plus qu'il y a des algues et des coquillages sur la coque.

Pour un objet en fuseau, la trainée est nulle, non? et pourtant les forces de frottement existent encore?

Les forces de frottement sseront toujours la, quoi que tu fasses. Cependant, tu peux toujours les reduire jusqu'a pouvoir les ignorer...
Qu'entends tu par fuseau ?

Sur une voiture de Monsieur toutlemonde, est-ce l'air qui freine le plus ou bien le contact au sol?

Je ne me suis jamais interesse de pres aux pertes energetiques d'une voiture, mais je sais les points suivants :
- la carosserie traine,
- plus les roues sont larges, plus les frottements sont importants. L'ideal, ca serait une roue metallique, super-fine... avec des super suspensions

[gimini]

Bonjour,

Alors, je suis pas spécialiste mais voilà à quoi cela me fait penser:
1) Le bateau est freiné par lm'eau car celle-ci est visqueuse. La vitesse de l'eau est donc nulle sur la paroi du bateau -> frottements. En plus, derriere le bateau, c'est un peu le fouilli (vortex, etc.) ce qui entraine encore des frottements.

2) La trainee aero est de trois types: trainee de frottement, trainee de pression et trainee de culot. Les trois existent en même temps dans la majorité des cas mais si pour certaines aplications, on peut en annulé une. En effet, la trainee de pression est nulle pour des objets symetriques se deplaçant à incidence nulle.

3) Pour la voiture, je ne sais pas, mais je pense que cela doit dependre de la vitesse. En effet, frottement fluide entre l'air et la voiture-> les frottements sont proportionnels à la vitesse de deplacement (grosso modo). Frottements solides entre la route et les pneus-> frottements constants.
Ce raisonnement est simpliste mais à mon avis le resultat est bon: à basse vitesse, c'est la route qui frotte le plus, à haute vitesse, c'est l'air.

[EspritTordu]

Mon fuseau : une ellipsoïde , finissant avec des pointes au bout

J'ai du mal à me faire à l'idée que les frottements secs, c'est-à-dire l'eau sur le métal soit si important pour freiner le navire?
Avez-vous déjà entendu parlé de la supercavitation ou bien remplacer l'eau par l'air?
J'avais vu un documentaire (c'est bien loin) où des ingénieurs avaient fabriqué un film plastique où des micro-sillons(copiés sur la peau du requin) réduisaient les frottements suffisamment pour pouvoir réduire la consommation d'un avion de ligne revêtu du film sur toute sa surface, est-ce abandonné?

2) La trainee aero est de trois types: trainee de frottement, trainee de pression et trainee de culot. Les trois existent en même temps dans la majorité des cas mais si pour certaines aplications, on peut en annulé une. En effet, la trainee de pression est nulle pour des objets symetriques se deplaçant à incidence nulle.

Pouvez-vous développer les trois types s'il vous plaît?

Alors, je suis pas spécialiste mais voilà à quoi cela me fait penser:
1) Le bateau est freiné par lm'eau car celle-ci est visqueuse. La vitesse de l'eau est donc nulle sur la paroi du bateau -> frottements. En plus, derriere le bateau, c'est un peu le fouilli (vortex, etc.) ce qui entraine encore des frottements.

La vitesse de l'eau nulle sur la paroie? un film d'eau recouvre la carène alors? l'eau glisse sur le film d'eau?

Le vortex à l'arrière est produit par les hélices, n'est-ce pas? Donc les hélices fournissent du frottement tout autant que qu'elle propulse?

Jusqu'une question : que se passerait-t-il si un sous-marin conservant son volume habitable était perçé dans son long par un cylindre de manière que l'eau traverse le sous-marin du devant à l'arrière. une hélice (ou bien turbine) se trouve au milieu de l'engin et sert de propulsion. A-t-on alors un meilleur rendement de propulsion ou non?
Pouvez-vous développer les trois types s'il vous plaît?

[obi76]

Attend, on va reprendre point par point.

les frottements secs restent malgré tout importants dans l'eau, car la vitesse de l'eau en contact avec la paroi est DE TOUTES FACONS nulle (sauf cavitation mais on ne parle pas de l'hélice, et encore il faut qu'elle tourne bien vite). Ce gradient de vitesse vers la surface créé un cisaillement de l'eau, qui via la viscosité sera transformée en travail (ie en mouvement + chaleur).


pour l'avion de ligne, il ne faut SURTOUT pas faire ça (en tous cas pas sur les ailes).

Explication : si ton écoulement est similaire à un écoulement laminaire sure la surface de l'aile, l'énergie consommée par l'avion est moindre. MAIS (et c'est bien ça qui change tout) : une couche turbulente "colle" bien plus à une paroi qu'une couche laminaire, ce qui fait qu'un avion dont l'écoulement est turbulent sur l'aile a beaucoup moins de chances de décrocher qu'un avion avec couche laminaire. Une surface PARFAITEMENT lisse favoriserai plutôt un écoulement à un écoulement turbulent (Reynolds plus faible).

En fait on fait plutôt l'inverse : on met VOLONTAIREMENT des obstacles sur le bord d'attaques des ailes, justement pour favoriser le régime turbulent au régime laminaire. Ca consomme plus, mais ça tiens mieux ^^

Cordialement

EDIT : quand au vortex créé par une hélice, sa forme (de l'hélice) est judicieusement calculée pour que le pas en fonction de la distance à l'axe conserve sensiblement le même Reynolds pour éviter des transitions d'écoulement le long de celle-ci, et donc éviter la mise en turbulence et vortexicité globale de l'écoulement en aval à celle-ci.

[EspritTordu]

Si la vitesse est nulle sur la paroie, alors peu importe la matière de la paroie? La viscosité dont on parle est celle de l'eau sur l'eau?

[obi76]

La vitesse est effectivement nulle au contact de la paroi, quelque soit le fluide considéré (même 'air !) et quelque soit la paroi. Une plaque extrêmement lisse avec un écoulement d'air à 50m.s-1 aura quand même une vitesse nulle en son contact !

Pour la viscosité à considérer c'est effectivement la viscosité de l'eau (on parle ed viscosité dans le même fluide, si c'est entre une paroi et un fluide on parle de rugosité).

Cordialement