Comment accélere l'air dans une tuyère ?

[thibz]

Bonjour

Je ne comprends pas comment l'air peut accélérer dans la partie divergente d'une tuyère de Laval, d'après ce que j'ai compris, c'est que l'air se dilate donc accélère, mais la section augmente quand meme donc l'écoulement devrait quand meme ralentir (au moins un peu). Donc je crois aussi avoir compris que c'est à partir du régime supersonique que les effets de dilatations deviennent plus importants que l'augmentation de section, mais je ne comprend pas pourquoi ca serait justement à partir du moment ou l'air est en supersonique. J'ai l'impression qu'il y a un lien mais je n'arrive pas à comprendre exactement ou est ce lien.
J'espère avoir été un peu clair.
-----

[saint.112]

Je me suis posé exactement la même question quand j'ai appris comment fonctionnait un moteur à réaction : l'air est comprimé dans la suite ce compresseurs à ailettes, dans une veine qui se rétrécit (jusque là tout baigne, le volume diminue donc la pression augmente) puis il entre les chambres de combustion qui sont de section plus grande et, m'a-t-on dit alors, la pression augmente encore. Et on n'a pas été capable de m'expliquer pourquoi. Ce n'est que bien plus tard, en fac, en UV de mécanique des fluides, que j'ai eu enfin l'explication.
C'est que je raisonnais en statique. Quand il s'agit de flux de gaz les choses changent complètement.
Et ça change encore plus pour des flux supersoniques. Donc en effet dans la chambre de combustion d'un moteur fusée, du fait de la combustion des gaz la pression augmente considérablement. Les gaz passent dans le col, c'est à dire le venturi, où ils sont accélérés à une vitesse supersonique, puis dans le divergent où, selon les lois de Bernouilli, du fait de l'augmentation de la section la pression diminue et la vitesse augmente. Intuitif ? non pas du tout, c'est ça l'aérodynamisme.
Nico

[Gilgamesh]

Une vidéo (en anglais) là dessus : https://www.youtube.com/watch?v=I8ntKdaKxV4

[thibz]

La video m'a beaucoup aidé mais il y a 2 points que je ne comprend toujours pas. Dans la video, le passage en supersonique se faisait grace à une diminutuion de pression en aval, ce qui n'est surement pas le cas dans la réalité. Je me demandais si une augmentation de pression en amont revenais au meme effet qu'une diminution en aval (et ca me parait plus cohérent par exemple pour des avions de chasse, la pression en aval n'a pas de raison de diminuer subitement). L'autre point: pourquoi l'air repasse en subsonique derriere ? Et comment est définie la position de cette onde de choc ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

La video m'a beaucoup aidé mais il y a 2 points que je ne comprend toujours pas. Dans la video, le passage en supersonique se faisait grace à une diminutuion de pression en aval, ce qui n'est surement pas le cas dans la réalité.Je me demandais si une augmentation de pression en amont revenais au meme effet qu'une diminution en aval (et ca me parait plus cohérent par exemple pour des avions de chasse, la pression en aval n'a pas de raison de diminuer subitement). L'autre point: pourquoi l'air repasse en subsonique derriere ? Et comment est définie la position de cette onde de choc ?

Si la tuyère est bien réglée (= tuyère adaptée), l'accélération du fluide dans la section convergente par effet Venturi l'amène à Mach 1 pile au niveau du col. Ensuite, le fluide, qui est maintenant supersonique, est accéléré par le gradient de pression, dP/dx (avec P la pression et x l'abscisse sur l'axe longitudinal). Le fluide subit une pression forte en amont, faible en aval, donc il accélère vers l'aval. La limite, en sortie de tuyère, est donnée par le milieu : pression nulle dans le vide, non nulle dans l'atmosphère.

[Gilgamesh]

YouTube me propose cette autre explication "avec les mains" qui est pas mal également (toujours en anglais).

INTUITIVE Explanation of Rocket Nozzles (Convergent Divergent)

[thibz]

Il me semble que quand la tuyère est adapté, ca veut dire que la pression de sortie est la meme que la pression exterieure, mais sans rapport avec le fait qu'on atteigne mach 1 au col. Par contre peux tu réexpliquer ce que tu voulais dire ici : "La limite, en sortie de tuyère, est donnée par le milieu : pression nulle dans le vide, non nulle dans l'atmosphère." ? Je ne vois pas ce que tu veux dire par la limite et le milieu. Merci

[Gilgamesh]

Il me semble que quand la tuyère est adapté, ca veut dire que la pression de sortie est la meme que la pression exterieure, mais sans rapport avec le fait qu'on atteigne mach 1 au col. Par contre peux tu réexpliquer ce que tu voulais dire ici : "La limite, en sortie de tuyère, est donnée par le milieu : pression nulle dans le vide, non nulle dans l'atmosphère." ? Je ne vois pas ce que tu veux dire par la limite et le milieu. Merci

Effectivement, my bad : la tuyère est adaptée si la pression en sortie est égale à la pression atmosphérique au niveau du sol. Et elle est amorcée quand la vitesse atteint Mach 1 au col.

J'entend par limite la valeur minimale de la pression dans la tuyère. Elle est minimale en sortie.