Evolution de la pression d'air dans une cavité

[Macsim]

Bonjour à tous et toutes,

Je suis aujourd'hui confronté à un problème de pression d'air.

Mon problème se pose dans une cavité fermée dans laquelle je cherche à faire le vide. Il y a donc un orifice par lequelle j'aspire l'air, et le reste est considéré comme étanche.
Si j'ai correctement compris la loi des gaz parfais PV=nRT, lorsque j'aspire de l'air, j'enlève donc un certains nombres de mol, et ma pression diminue en conséquence.

Mais à une échelle de temps assez petite (de l'ordre du ms), la pression n'est pas uniforme dans l'ensemble de ma cavité ? Elle diminue d'abord près de ma zone d'aspiration, et ensuite se répartie uniformément dans le reste de la cavité non ?

Merci d'avance pour vos réponses et précisions
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[Macsim]

J'ajoute une petite précision à ma problématique.

En pièce jointe vous pourrez trouver une image illustrant mon cas.

Avec une application à la lettre de la loi des gaz parfais, le fluide ne devrais donc pas bouger (je me trompe peut être). Mais j'ai un sérieu doute la dessus. Et mes parois étant opaques, je ne peux pas vérifier en pratique.

[stefller]

Bonjour,

Je ne sais pas à quelle pression le système est à t=0 et quelle pression tu désires atteindre. Lorsque tu diminueras la pression, ton fluide s'évaporera un peu. A force, ton fluide entrera en ébullition.

Pour ce qui est de l'homogénéité de la pression dans ton enceinte, je ne pense pas que cette précision est nécessaire compte tenue des hypothèses faites (loi des gaz parfait). Par contre peut-être que tu devrais voir le théorème de pascal. c'est pour l'hydraulique il me semble mais ca peut te donner une indication.

[Sethy]

Le problème que tu poses est tout sauf trivial.

Il y a de nombreux phénomènes physiques bien connus qui entrent en jeu. En voici quelques-uns :
- écoulement laminaire, turbulent
- régime visqueux, moléculaire
- détente adiabatique, isotherme, le tout irréversible
- évaporation, tension de vapeur

Je ne sais pas jusqu'à quel point tu veux comprendre, étudier, modéliser, ... mais c'est typiquement "le" boulot d'un ingénieur. Ce que par ailleurs, je ne suis pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Macsim]

Bonjour,

Je ne sais pas à quelle pression le système est à t=0 et quelle pression tu désires atteindre. Lorsque tu diminueras la pression, ton fluide s'évaporera un peu. A force, ton fluide entrera en ébullition.

Pour ce qui est de l'homogénéité de la pression dans ton enceinte, je ne pense pas que cette précision est nécessaire compte tenue des hypothèses faites (loi des gaz parfait). Par contre peut-être que tu devrais voir le théorème de pascal. c'est pour l'hydraulique il me semble mais ca peut te donner une indication.

A t=0 mon système est à patm, c'est à dire 10^5 Pa. Après le vide, la pression se retrouve à environ 4000Pa.

En faite, en théorie je pense (avec la loi des gazs parfaits) que le fluide ne devrait pas bouger. Sauf qu'en pratique on sait que le fluide bouge, mais je n'arrive pas à comprendre d'où ça vient...

Je vais me renseigner sur le théorème de Pascal.

Le problème que tu poses est tout sauf trivial.

Il y a de nombreux phénomènes physiques bien connus qui entrent en jeu. En voici quelques-uns :
- écoulement laminaire, turbulent
- régime visqueux, moléculaire
- détente adiabatique, isotherme, le tout irréversible
- évaporation, tension de vapeur

Je ne sais pas jusqu'à quel point tu veux comprendre, étudier, modéliser, ... mais c'est typiquement "le" boulot d'un ingénieur. Ce que par ailleurs, je ne suis pas.

Moi je souhaite comprendre pourquoi, par quel phénomène physique mon fluide est en mouvement lorsque je tire au vide dans ma cavité. Chose qu'aujourd'hui je ne sais pas d'où ça vient, et pensais que ça venait de la répartition de pression dans la cavité.

Je vais me renseigner sur les différents points que tu as listé, voir dans quel cas exactement je me situe.

merci à vous deux pour vos réponses en tous cas

[Sethy]

Imagine de compartimenter ton récipient en 2 par une paroi verticale, percée d'un petit trou.

Si tu fais le vide dans la partie droite, comment veux-tu que la pression descende dans la partie gauche sans que du gaz passe de l'un à l'autre ?

[chicos18]

Bonjour,
je ne suis pas ingenieur mais discutant une fois avec un étudiant avancé, il m'a parlé de gaz reels. Or j imagine que ton systeme n est pas parfait et peut etre qu il faut utiliser plus la loi des gaz reels que celle des gaz parfaits?
il s agit juste d une idée je répète mais j espere que cela peut te mettre sur une voie.

Bon courage

[Sethy]

La loi des gaz parfaits, est comme sont nom l'indique, une première approximation des phénomènes.

Elle permet juste de connaitre l'évolution d'un ballon fermé, empli d'un gaz, qu'on entrainerait sous la surface de l'eau par exemple.

Dès qu'on ouvre le ballon, la loi des gaz parfaits devient très difficile à utiliser puisqu'il est difficile de déterminer la pression dans le ballon en train de se vider.

Sans compter que la détente (d'un gaz réel) va occasionner un refroidissement. La température devient elle aussi difficile à estimer. Sans compter que ce refroidissement, si c'est de l'air, peut amener à la condensation de la vapeur d'eau en rosée si le point de rosée est atteint. Ce qui modifie n, le nombre de moles de gaz.

[Macsim]

Pour répondre à Stefller, je pense pas pouvoir utiliser le théorème de Pascal. En effet ce dernier parle de fluides incompressibles, et vu que je "joue" sur la pression de l'air qui est compressible, je doute pouvoir l'utiliser.

Imagine de compartimenter ton récipient en 2 par une paroi verticale, percée d'un petit trou.

Si tu fais le vide dans la partie droite, comment veux-tu que la pression descende dans la partie gauche sans que du gaz passe de l'un à l'autre ?

Attention, j'ai pas dit que le gaz ne bougeait pas, mais juste par quel phénomène se dernier peut-il entraîner le fluide, et comment déterminer cet entrainement.

En effet, j'ai peut être sous-estimé la complexité du système. J'ai à me renseigner sur la loi des gazs réels.

[Sethy]

Commence par un cas plus simple : rempli un verre presque à ras-bord et souffle à la surface. Tu verras aussi des "ondes" se former. C'est le même phénomène qui est à l'oeuvre.

Je ne sais pas exactement quelles modélisations existent pour cela. J'imagine qu'elles sont basées sur les ondes stationnaires dans un fluide (dans ce cas-ci, si je m'inspire du schéma, de faible profondeur - car il existe aussi un modèle pour les grandes profondeurs).

Dans tous les cas, et j'espère que je t'ai au moins fait saisir cela, il n'existe pas une formule du genre :

déplacement = densité^q x différence de pression / diamètre du goulot x largeur x hauteur / hauteur du liquide

qui va te donner "une" réponse.

[Sethy]

Plus fondamentalement, si tu nous expliquais ce que tu veux faire, on pourrait te donner des pistes.

Un exemple : si tu veux éviter que ces ondes apparaissent, tu peux par exemple essayer de prolonger ton tube par un flexible percé de petit trous. L'abaissement de pression sera plus progressif et s'opérera dans l'ensemble de la cuve.

[stefller]

Bonjour,

C'est bien ça le théorème de Pascal c'est pour de l'hydrostatique.

Attention, j'ai pas dit que le gaz ne bougeait pas, mais juste par quel phénomène se dernier peut-il entraîner le fluide, et comment déterminer cet entrainement.

Il faut garder à l'esprit, dans un premier temps que la pression est une force de surface. Ensuite il faut se renseigner sur la pression de vapeur saturante.

Quand tu dis que ton fluide bouge. Qu'entends tu par là. Que le niveau varie où que des ondes apparaissent à la surface?

[Boumako]

Bonjour

Est il possible de connaitre la nature de ce fluide et sa température initiale ?

[Macsim]

Bonjour à tous,

Merci à tous pour vos réponses et le suivi. Je vais essayer de répondre à l'ensemble des questions/interrogations.

En effet Sethy, c'est surement ce phénomène qui est à l'oeuvre. J'étais resté sur ma formule des gaz parfaits, mais été pas allé plus loin en me disant "comment le nombre de moles descent-il". Et l'aspiration de ces moles, entraine le fluide par un coefficient de frottement le fluide avec ces dites moles.

Mais oui, j'ai bien saisi qu'il n'y avait pas de formule miracle... (malheuresement )

Pour Boumako et Steffler, c'est de l'aluminium en fusion, à environ 640°. Je ne visualise donc pas directement le fluide durant cette action (les parois sont en acier). Je vois uniquement à la fin du procédé, en faisant deux test avec aspiration et sans aspiration. L'essai avec aspiration, l'aluminium, arrive presque au niveau du point d'aspiration.

A côté je travaille sur un logiciel de simulation numérique, et en appliquant une aspiration de l'air dans le logiciel, rien ne se passe, le fluide ne bouge pas malgré la chute de pression. Du coup j'aimerai en parler avec les développeurs du logiciel, mais j'aimerai avoir les "billes" pour défendre la chose, et leur expliquer ce qu'il se passe. Car pour l'instant ils ne savent pas m'expliquer la différence entre le réel et la simulation...

Dans mon cas, c'est peut être "simplement" ce phénomène de frottement air/fluide qui entre en jeu.