mécanique des fluides et simulateur

[invitedd292ac0]

Bonjour à tous,

J'ai un petit problème de mécanique des fluides et cherche quelques indices de résolution...

Je suis étudiante en école d'ingénieur en mécanique et réalise actuellement un projet d'étude en groupe qui a pour objectif de simuler l'activité de nage de l'aviron dans des salles fermées. Il existe actuellemnt des ergomètres ou rameurs de salon, mais nous sommes très loin de la technique requise pour faire avancer un aviron. Concrètement, nous concevons actuellement une machine qui, par un couple exercé sur des portants, transmettrait un effort suffisant pour faire tourner des pales rectangulaires dans un réservoir d'eau.
D'après la force de portance, nous avons trouvé une surface de pale de 15*21cm². Notre grand problème est le suivant :

Comment être sûr que, après quelques coups de rames, notre sportif n'a pas donner un effort suffisant pour entraîner l'eau en rotation continue (formation d'un tourbillon qui faliciterait la rotation des pales) ?
En gros, combien de temps faut-il pour que les efforts d'inertie de l'eau deviennent négligeables, et que le tourbillon se détruise de lui-même ?

Si ce temps est trop long, il vient bien sûr une deuxième question :

Comment ralentir l'eau ?
On pensait bloquer la rotation des pales, comme on peut bloquer la rotation 'arrière' des pédales sur une vélo, mais nous n'avons pas bien compris comment ça marche.

Enfin, nous possédons des courbes efforts sur le pale en fonction du temps pour l'activité réelle (aviron), mais nous ne savons pas comment les obtenir avec notre simulateur. Quel logiciel existe t-il actuellement pour réaliser ces courbes et valider ainsi notre solution technique ?

Je sais que mon message est un peu long, mais j'essaie juste d'être la plus précise possible. Malheureusement le temps qui nous est imparti est très court (notre présentation est la semaine prochaine...). Alors je compte sur certains spécialistes et autres amateurs pour m'éclairer un peu...

Merci infiniment de votre attention,

Cordialement,

Alice, élève ingénieur à Supméca.
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[invite4baed56c]

Bonjour Alice2,

J'ai relu plusieurs fois ton post mais je n'ai toujours pas compris la vraie problématique...

(le volume du bassin expérimental serait-il trop petit par rapport à la rame..? )

Par contre, en ce qui concerne cette partie:

..On pensait bloquer la rotation des pales, comme on peut bloquer la rotation 'arrière' des pédales sur une vélo, mais nous n'avons pas bien compris comment ça marche...

Il s'agit d'une roue libre, c'est à dire une cage cylindrique entourant un axe avec un jeu réduit. La cage contient une cavité qui contient elle même une ou plusieurs billes. La forme de la cavité est étudiée de sorte que la rotation de l'axe dans un sens entraine la bille vers une partie étroite de la cavité, la mettant en pression contre l'axe, annulant ainsi le jeu fonctionnel. Pour une pression suffisante la cage et l'axe se trouvent couplés solidairement via la bille. Une rotation en sens inverse entraine la bille vers une partie large de la cavité, d'un volume supérieur à celui de la bille, le jeux fonctionnel est alors rendu au systeme qui se désolidarise, et l'axe peut alors tourner librement dans la cage.

[invitedd292ac0]

Merci beaucoup pour ta réponse.

En fait notre problème, c'est que c'est pas un bassin, mais un réservoir. Il ne faut pas que ça dépasse 1m^3, et il faut pouvoir mettre plusieurs simulateur dans la même pièce. On est donc limité en volume d'eau et on craint que, nos surfaces de rames étant assez importantes, on soit face à un vortex assez puissant que l'on va avoir du mal à freiner. Le deuxième coup de rame s'en trouvera ainsi simplifié, et au bout du dixième, le sportif n'aura plus aucun effort à faire.

Sauf que c'est très dur pour nous de quantifier toutes ces données. Il nous faudrait le temps pour arrêter un tourbillon, avec ou sans solution de freinage.
Nous pensons pouvoir l'obtenir sur des logiciels de simulation, ou en appliqiant les bonnes équations de la méca flu. Mais lesquel(le)s ?

On pensait à quelques solutions technologiques pour freiner l'eau, comme inverser le sens des rotations des pales pendant la phase non propulsive du rameur, tout en diminuant la surface des pales. En effet, il faut respecter les efforts réels fournis par un rameur sur l'eau : il ne faut pas que la phase de retour soit trop fatiguante. Mais pareil,on a du mal à dimensionner tous nos éléments : diminution de surface, vitesse de rotation...

Voila, j'espère que cette fois j'ai été un peu plus claire. Merci pour le système de roue libre.

Cordialement,
Alice

[cedbont]

Bonjour,
et pourquoi, au lieu d'une hélice qui risque effectivement d'entraîner l'eau en rotation, ne pas mettre plusieurs hélices dans ton réservoir qui tournerais (selon deux groupes) en sens opposés ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[sitalgo]

Bonsoir,

J'ai consulté ma boule de cristal et j'y ai vu deux cylindres concentriques tournant en sens inverse avec de l'eau entre les deux. Les cylindres peuvent avoir un moment d'inertie (réglable) simulant l'inertie et la vitesse du bateau. Les parois des cylindres en vis à vis peuvent comporter des éléments de freinage.

[invite4baed56c]

Salut,

Merci, c'est bien plus clair maintenant..
Je pense, (mais c'est assez intuitif) que puisque tu disposes d'un volume d'eau fini: 1m3, et que vous avez déterminé arbitrairement une première géometrie pour la rame, il doit être possible d'évaluer le poid du volume d'eau déplacé par la rame pendant un cycle complet immergé d'environ 1 seconde. C'est une adaptation du théorème d'Archimède. En connaissant la viscosité cinématique et la température de l'eau, il doit sùrement y avoir un moyen assez simple et rigoureux (Bernouilli) d'en déduire l'énergie dépensée pour provoquer le vortex, et de là, en calculer l'inertie propre. Ensuite, adapter la géométrie de la rame par corrections successives pour l'optimiser. Le reliquat de vortex pouvant alors être réduit en ajoutant perpendiculairement au fond du réservoir des obstacles ( planches trouées) d' une surface adaptée, et d'une hauteur réduite pour ne pas gèner le mouvement de la rame.
Je pense qu'en partant sur cette base, et en l'affinant (ou la corrigeant) au fur et à mesure, tu devrais arriver assez rapidement à quelque chose de simple et cohérent "globalement optimisé".
Malheureusement, je ne connais pas de logiciel spécialement adapté à cette simulation.

Bon courage, et merci de nous faire suivre l'avancement de cette interessante recherche si tu en as le temps

Cordialement,
Nick

[invite4baed56c]

...vous avez déterminé arbitrairement une première géometrie pour la rame...

Oups!! désolé,en relisant, je me rend compte que ce n'était pas arbitraire...

[invitedd292ac0]

Bonjour à tous et merci pour vos nombreuses réponses.

Mais je ne suis pas sûre d'avoir tout bien compris. Disons que je ne voit pas toujours, ne le prenez pas mal, en quoi elles sont plus pertinentes que ma solution technologique. Je m'explique :

L'histoire des pales tournant en sens inverse ne m'a pas enchanté : on risque de fatiguer le sportif, car n'oublions pas que le but s'est de recréer la sensation de ramer. Certes mon réservoir est petit, mais il ne faut pas non plus que le mouvement deviennent impossible. Cependant, cela peut-être une excellente solution pour résuire l'encombrement : avec des surfaces de pales toutes petites, il est possible d'obtenir la même courbe d'effort que la réalité. Sauf que je suis toujours au même problème : je suis incapable de le prouver avec mes connaissances actuelles, donc je ne peux pas présenter ça au client...

Pour les cylindres, je trouve qu'on s'éloigne de plus en plus du sujet... Il me faut quand même une surface qui intercepte l'écoulement pour utiliser la force de portance de l'eau...

Sinon, je suis assez enchantée par l'idée de l'optimisation de la surface. Une idée qui commence à faire son chemin, c'est le fait de changer la rotation des pales en fonction de la phase propulsive ou de retour du rameur. Pendant que le rameur est censé être dans l'eau, je forme mon tourbillon, puis pendant la phase de retour, je fais tourner mes chaînes en sens inverse, donc je casse mon tourbillon. L'idée, c'était de diminuer la surface d'interception de l'écoulement (donc l'effort du rameur) avec des gonds sur les pales. Mais je suis toujours face à ce même problème : le dimensionnement. Je pense que je vais me tourner vers l'évaluation des nombres de Strouhal, Froude et Reynolds, qui me permettront de prévoir l'évolution de mon tourbillon dans le temps.

Voila, merci bcp pour votre aide et ces quelques idées qui m'ont permis de me recentrer sur mon sujet. J'espère qu'un jour vous aurez l'occasion de tester ce simulateur.

Cordialement,

Alice.