Bonjour, je me demandais pourquoi les frottements d'un fluide en mouvement avaient pour conséquence de baisser la pression de celui-ci.
Il me semblait en effet que les frottements convertissaient la vitesse en chaleur, en l'occurrence dans une canalisation d'aération la vitesse de l'air devrait diminuer et sa chaleur devrait augmenter, et comme l'air peut être considéré comme un gaz parfait la pression devrait elle-aussi augmenter !
Alors pourquoi ce n'est pas le cas ?
Merci d'avance !
Bonjour,
le problème dans une canalisation, si on considère le fait que le gaz s'échauffe :
- la pression varie
- la masse volumique varie
- la température varie
Donc le lien "ça chauffe, donc la pression doit monter" est fausse car il faut aussi considérer la variation de la masse volumique (qui ne sera pas nulle : c'est un système ouvert).
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Hum je vois mais si on prend le cas d'un écoulement dans un tuyau par exemple, le volume V n'est pas supposé varier donc la masse m doit compenser la variation de masse volumique non ?
Comme vous conservez la masse, si ça se dilate, V varie : donc ça ne marche pas non plus.
Une autre manière de voir la chose c'est de prendre la loi des GP et de diviser par la masse du gaz :
donne
Dans le premier cas, P, V et T ne sont pas fixes, dans le second P,
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Ah oui je vois merci, mais concrètement dans le cas d'un fluide en écoulement, comment se manifeste une augmentation de volume ? Ce sont les molécules qui sont simplement plus espacées entre elles ?
Ah et aussi une autre question, si le fluide est incompressible, la masse volumique ne changera pas, donc seule la pression augmentera dans ce cas là ?
C'est ça. Le débit massique étant conservé, si une masse donnée de fluide prend un volume plus grand : il va plus vite. Et c'est l'agitation thermique qui fait qu'entre elles la distance augmente.Envoyé par Link1003493649
Elle se réduira. Mais s'il est incompressible, sa masse volumique est constante, et par conservation du débit massique, la vitesse aussi.
Tout ça pour une conduite à section constante (cylindrique quoi), évidement.
Dernière modification par obi76 ; 13/09/2018 à 17h35.
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Tiens une expérience de pensée : vous prenez une paille pleine de miel, et vous soufllez dedans. La pression que vous exercez en entrée de la paille est grande, et à mesure que l'on s'approche de l'extrémité, elle décroit, pour atteindre la valeur de la pression atmosphérique à sa sortie.
Cette décroissance de pression est due à laperte de charge le long de la paille (qui elle-même dépend de la viscosité du fluide).
Dernière modification par obi76 ; 13/09/2018 à 21h09.
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Mais si la masse volumique ne varie pas et que la masse se conserve le volume ne change donc pas non ? Alors pourquoi la pression diminue quand la température monte ?
Aussi, donc si j'ai bien compris, en cas de frottement la vitesse reste constante, la chaleur augmente et la pression diminue ?
Et concernant l'exmple je visualise bien mais je ne comprends pas pourquoi justement cette pression diminue
Tout ceci me semble bancal dès le début.
La baisse de pression évoquée vient de Bernoulli avec perte de charge, c'est à dire pour un modèle de fluide incompressible.
Puis tu introduis la loi des gaz parfaits...
Forcement, en mélangeant tout n'importe comment on arrive à rien.
Par exemple, tu ne chiffres pas les effets qui semble s'opposer.
En gros on a échangé deux billets et tu te demandes pourquoi tu as perdu de l'argent alors que je t'ai donné un billet.
Oui, je t'ai donné un billet de 10€, mais comme tu m'as donné un billet de 100€...
"La réalité c'est ce qui reste quand on refuse d'y croire" P.K. Dick
Ne mélangez pas tout. Si vous considérez le fluide est incompressible, et que vous aappliquez la loi des gaz parfaits, ALORS la température ne peut pas bouger.
Si vous le considérez comme incompressible : oui.
D'un coté vous avez une pression élevée, de l'autre une pression faible... donc elle décroit.
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B'jour,
Tu te trompes de relation de cause à effet. Les frottements, visqueux ou solides, transforment une énergie mécanique en énergie calorifique. La pression n'est qu'indirectement liée à la température, si on régulait la température du liquide la pression baisserait quand même.
C'est comme lier la vitesse d'un véhicule et la température des freins, ce n'est pas très pertinent.
Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.
Énergie mécanique ça peut concerner la pression du coup ?
Aussi j'avais une autre question, si deux écoulements de même nature (par exemple eau et eau) incompressibles mais de masse volumique différente, que se passe-t-il ? Je sais que les pressions s'égalisent si elles sont différentes, pareil pour les températures mais est-ce que les masses volumiques s'égalisent aussi ?
Vous dites :
s'ils sont incompressibles et de masses volumiques différentes, elles ne sont pas égales...si deux écoulements de même nature (par exemple eau et eau) incompressibles mais de masse volumique différente, que se passe-t-il ?[...] est-ce que les masses volumiques s'égalisent aussi ?
Dernière modification par obi76 ; 17/09/2018 à 21h57.
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Mais les fluides ne se mélangent pas pour n'en former qu'un seul ?
Avant de vous intéresser à des problèmes de ce genre, je pense qu'il vaudrait mieux que vous maitrisiez déjà les écoulements mono-espèces...
Comme la masse est une grandeur extensive, lors d'un mélange la masse totale sera la somme de la masse des 2 fluides initiaux. Pour la masse volumique, pas forcément, pour des raisons qui (à AMHA) sont hors de votre portée pour le moment.
Et ça, ça dépend si les fluides sont miscibles...
Dernière modification par obi76 ; 18/09/2018 à 07h42.
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Oui mais justement je pensais par exemple à de l'air à une masse volumique de 1400kg/m3 par exemple et de l'air en écoulement (qui est considéré comme incompressible à faible vitesse ?) qui sont donc de la même espèce.
Mais sinon vous disiez que la vitesse ne changeait pas à cause du débit qui doit rester constant pour un fluide incompressible, pourtant au niveau de la couche limite des parois la vitesse est bien nulle ? C'est donc l'air au centre de la section qui voit sa pression diminuer ?
Déjà de l'air c'est autour de 1kg/m3 (1400 c'est déjà plus dense que l'eau).
La vitesse moyenne (i.e. intégré sur la section de passage) est constante (en fait le débit massique est constant, à masse volumique fixée, la vitesse moyenne est donc constante).
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Oui mais je pensais à de l'air qu'on aurait comprimé au préalable avec un écoulement d'air incompressible d'une masse volumique différente.
Ah c'est la vitesse moyenne qui est constante je comprends mieux du coup, le fluide au centre accélère pour compenser les frottements et il échange donc sa pression statique pour de l'énergie cinétique, mais du coup le fluide de la couche limite, comme il n'a pas accéléré (au contraire) et qu'il s'est échauffé, est-ce que donc sa pression a augmenté comme il s'est échauffé ?
1400 kg/m3, c'est au mieux liquide,/supercritique.
Non, il n'"échange pas de pression contre de l'énergie cinétique". La répartition de vitesse selon la section va etre différente en fonction de la viscosité du fluide, par exemple. Mais la vitesse moyenne reste la même : le débit massique est constant.
Pour le profil de pression dans votre cas, cf ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89..._de_Poiseuille
L'échauffement d'un fluide incompressible, c'est dû au terme en viscosité * gradient de vitesse dans les équations de NS : ça représente l'énergie dégagée par le cisaillement d'un fluide visqueux. Plus il est visqeux, et plus il est cisaillé : plus il chauffe.
Dernière modification par obi76 ; 19/09/2018 à 16h54.
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D'accord je vois, dernière question cette fois, puisque pour un fluide incompressible le débit volumique est constant et de manière général le débit massique est constant, une hélice augmentera-t-elle seulement la pression du fluide ou également sa vitesse et donc le débit ?
Elle augmentera la presssion en aval (comme pour une pompe : on parle en différence de pression entre l'entrée et la sortie). Du coup sa vitesse augmente, et donc son débit aussi.
http://inter.action.free.fr/publicat...es/helice.html
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Ah d'accord donc l'hélice augmente à la fois la pression et la vitesse (enfin le débit) c'est ça ?
Pour la pression : devant elle oui. Pour la vitesse (/débit) : c'est son objectif.
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Je vois, mais je vois souvent que les pertes de charge sont une énergie dissipée que l'on doit compenser par de la puissance en plus, mais si l'hélice ne fait qu'augmenter le débit, elle ne compensera pas la baisse de pression si ?
L'hélice a un effet inverse.
Imaginons une turbine (ou une pompe/ une hélice) dans une canalisation. Dans cette canalisation, le débit massique est conservé (ce qui rentre = ce qui sort). Les frottements entrainent une baisse de pression dans la conduite. La pompe est là pour créer une surpression en entrée de la conduite en question, pour mettre le fluide en mouvement. Donc à ce titre, là où les pertes de charge baissent la pression, la pompe / hélice / turbine est là pour faire l'effet inverse. Le moteur entrainant l'hélice fournit de l'énergie, laquelle est dissipée par la suite (en chaleur) à cause des pertes de charge dans la conduite.
En milieu ouvert c'est pareil : l'écoulement turbulent dissipe l'énergie à cause des contraintes visqueuses dans les tourbillons qui se fragmentent. Ce n'est pas forcément du à la présence d'une paroi, mais juste à la structure de l'écoulement qui va casser tous cestourbillons pour qu'au final, on ait un fluide "au repos" (= avecune structure turbulente nulle), qui aura dissipé ces structures en chaleur.
Dernière modification par obi76 ; 20/09/2018 à 22h42.
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Donc si j'ai bien compris, l'hélice ou la turbine va augmenter la pression juste à l'aval, et du fait de la différence de pression entre l'arrière de l'hélice et la canalisation, la pression statique va se transformer en pression dynamique jusqu'au moment où la pression statique est égal à la pression atmosphérique ? Et si il y a des pertes de charges du coup la débit maximal du fluide sera plus petit que puisqu'une partie de la pression statique se sera dissipée ?
Aussi, pour les pertes de charge la température augmentait à cause des frottements sans que la pression ne monte (enfin l'inverse même), est-ce que la surpression créée par l'hélice augmente également la pression où la température ne dépend pas de cette pression dans ce cas là ?
La pression dynamique n'existe pas, c'est truc inventé pour faciliter certains calculs.
Pour le reste on est toujours dans le gloubiboulga. Mélange compressible/incompressible ...
Tiens une autre : tu sais que quand on détend un fluide compressible alors la température diminue ? Et inversement si on comprime elle augmente ? Tu t'en sort comment avec pV = nRT sur ce coup ?
"La réalité c'est ce qui reste quand on refuse d'y croire" P.K. Dick
Justement la loi des gaz parfait ne contredit pas, on voit bien que quand P diminue T diminue aussi et inversement. Alors que pour les pertes de charge la formule ne marche pas et c'est ce que je ne comprenais pas.
Non, il manque une fermeture. Vous avez 3 inconnues (P, T et rho) et une seule équation... vous ne pouvez pas en déduire "si j'augmente P, alors T augmente" puisque vous ne savez alors pas comment réagit rho.
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