Régime Turbulent (Biophysique)

[Azaaar]

Bonjour/Bonsoir,


"Quand le débit est fort, apparaissent des tourbillons. Dans ces tourbillons, les particules de liquide ont à un instant donné un vecteur vitesse non parallèle au sens général de l’écoulement. Elles parcourent un trajet plus long que le déplacement global du fluide. C’est le régime TURBULENT." définition de mon cours.


J'ai une question pourquoi un tourbillon se forme quand le débit est fort puis ce que toutes les molécules d'eau ont la même vitesse et un vecteur parallèle initialement donc je comprends pas comment on peut arriver a un tourbillon quand le débit est fort ...


Une petite explication s'il vous plait ?


Merci pour vos futures réponses. Bonne journée/soirée.


Cordialement.
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[LPFR]

Bonjour.
Comme d’habitude, vous pouvez ignorer l’intervention de Soliris, dont le moins que l’on puisse dire est qu’elle n’est pas scientifique et qu’elle n’a pas sa place dans ce forum.

Le problème de la transition entre le régime laminaire et le régime turbulent est extrêmement complexe et n’ pas été résolu.
Je vous invite à lire cette page de Wikipedia :
https://en.wikipedia.org/wiki/Lamina...ent_transition
Au revoir.

[harmoniciste]

Bonjour,
Indépendamment du régime dit "turbulent" que mentionne LPFR, les filets fluides se séparent de la paroi quand leur énergie fini par être totalement absorbée par le frottement contre elle. En aval de ce point, la vitesse du fluide contre la paroi est inversée Cela produit alors les macro-turbulences de décollement dont vous parlez (derrière les piles d'un pont par exemple)

[neutrinou]

Bonjour,
Toutes les molécules d'eau n'ont pas la même vitesse. Celles qui se trouvent contre la paroi sont freinées par les forces de frottement, comme le dit Harmoniciste.
Imaginons des voitures qui roulent de front le long d'un mur. Écoulement laminaire. Celle qui est le long du mur est soudain accrochée et freinée par une aspérité du mur. J'imagine qu'elle se met en travers et entraîne les autres en tête à queue (turbulent). La transition entre laminaire et turbulent se fait selon le nombre de Reynolds (cf dans Wiki par exemple).
Hoping that helps !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coccinelleamoustaches]

Pour rajouter à ce qui a été dit, mathématiquement, l'une des clés de la turbulence est ce qu'on appelle la non-linéarité des équations de Navier-Stokes (équations qui régissent les écoulements fluides).

Concrètement, ça se traduit ainsi :
-Dans un système linéaire, si on introduit une toute petite perturbation, son effet sur le résultat final sera a priori très petit lui aussi.
-Dans un système non linéaire (comme dans notre cas), une perturbation, même faible, sera susceptible de s'auto-entretenir, et d'avoir un impact conséquent sur le résultat.

Ca c'est l'idée très générale derrière la l'existence d'un régime turbulent : les toutes petites perturbations qui sont créées par les mécanismes mentionnés ci-dessus vont venir impacter fortement l'écoulement général. Elles peuvent créer des structures tourbillonnaires.
Après, étudier précisément les mécanismes de transition d'un régime à l'autre, c'est quelques chose qu'on ne sait toujours pas faire comme le dit LPFR. Mais les quelques pistes qu'on a dessus étudient beaucoup le moment où le terme "non-linéaire" devient important dans l'équation, justement.

J'espère ne pas avoir dit de bêtises. C'est un sujet délicat, mais je serai de toute façon corrigé si j'ai gaffé

[yvon l]

Voir aussi:
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01460706/document

[mAx6010]

Pour rajouter à ce qui a été dit, mathématiquement, l'une des clés de la turbulence est ce qu'on appelle la non-linéarité des équations de Navier-Stokes (équations qui régissent les écoulements fluides).

La non-linearité est aussi valable en regime laminaire.

A l epoque de mes cours de turbu, on decomposait le champ de vitesse en un champ moyen et un champ fluctuant.
Lors de l utilisation de cette decomposition dans les equations de NS, on s apperçoit qu un nouveau terme apparait ("à cause" de cette non-linearité)--> tenseur de Reynolds.
C'est ce nouveau terme qui posait à l epoque des problemes, d ou la necessite de "fermer" les problemes de modelisation de la turbulence (par ex. k-eps) avec des hypotheses.
je ne vais pas plus loin

J en profite pour mettre les pieds dans le plat:
Ce n est pas parce qu'il y a un tourbillon "visible" qu il y a un forcement un regime turbulent
Ce n est pas parce qu il n y a pas pas de tourbillon "visible" qu'il n y a forcement pas de regime turbulent.

La notion turbulent se rapproche plus du "chaos", de l anarchie, et donc du caractere completement aleatoire caractérisé par le terme fluctuant du champ de vitesse.

Et pour finir la limite 2300 pour le nombre de Reynolds est donnee pour un ecoulement dans une conduite ou sur une plaque plane (je ne ssais plus)
Par exemple la limite dans une valve hydraulique tombe a 200-400.
Aprés vient la question, comment a été calculé le nombre de Re, ou plutot quelles grandeurs ont été choisies? sont-elles judicieuses
Etc...

[Coccinelleamoustaches]

La non-linearité est aussi valable en regime laminaire.

Oui, bien sûr, les équations de navier stokes ne changent pas du régime laminaire au turbulent. simplement, on a tendance à passer en turbulent lorsque le terme non linéaire devient plus prépondérant, il me semble (à vérifier, ça doit se voir assez bien sur les éq. de NS en adimensionnel)

Le "champ fluctuant" que tu mentionnes correspond à ce que j'appelais "perturbation" pour faire simple



Pour ne pas s'éloigner du sujet je résumerais les choses comme, ça :
-une petite perturbation se crée suite à des phénomènes décrits par neutrinou par exemple
-cette petite perturbation s'amplifie, grossit, se nourrit d'elle même lorsque les conditions sont remplies (haut Reynolds) => turbulence.

Pour te faire une idée, tu peux peut-être visualiser un couloir avec des gens dedans. S'il marchent tranquillement et que l'un d'eux tombe, bon, ce n'est pas très grave.
Par contre s'ils courent tous comme des malades, et que l'un se viande, y'en a cinq autres qui vont trébucher sur lui et faire encore trébucher les suivants : une petite perturbation entraîne de plus grosse conséquences sur le système total, et crée de la turbulence

[mAx6010]

Oui, bien sûr, les équations de navier stokes ne changent pas du régime laminaire au turbulent

Oui et non, on part effectivement des memes equations.
Mais lorsque tu decomposes le champ de vitesse en un terme moyen et un terme fluctuant (de meme avec le champ de pression), alors on tombe sur les equations de Reynolds (il faut moyenner ces equations)
Elles ressemblent à celles de NS, à un terme près (tenseur de Reynolds)


https://fr.wikipedia.org/wiki/Moyenne_de_Reynolds
https://en.wikipedia.org/wiki/Reynol...okes_equations

Mais bon je pinaille, je te l accorde