Artisan bijoutier à besoin d'explication en mécanique des fluides !

[Verjus falle]

Bonjour tout le monde, c'est mon premier message sur ce forum et je suis bien content de vous trouver.

Je vous explique, je souhaite réaliser un bougeoir de type carrousel.
Le fonctionnement est simple, une petite hélice est placé au dessus d'une bougie chauffe plat et le courant ascendant créé par la flamme fait tourner l'hélice.
Ces bougeoir sont la plupart du temps réalisés en aluminium pour sa densité faible mais moi j'aimerai bien en réaliser un un peu spécial en argent ou laiton .
J'ai donc fait mes premiers test d'hélices en laiton. Malheureusement, sur mes 5 essais aucun n'a été concluant avec une bougie chauffe plat. Au souffle de la bouche l'hélice tourne facilement et librement, mais le courant ascendant d'une bougie est trop faible pour la faire tourner. Les hélices sont de diamètres 55 et 75 mm, les palles sont au nombre de 16 ou 8 et sont découpés dans des feuilles de laiton d’épaisseur 2 dixième à 6 dixième de mm . Une fois l'hélice découpé, les palles sont tordues à la pince. On arrive à un résultat très proche des anciennes éoliennes américaines.
L"hélice est soudée sur un axe et le tout monté dans un support expérimental ou la pointe de l'axe repose dans un petit trou borgne et le haut de l'axe est maintenu dans un trou de même diamètre. J’espère être assez clair ;b Je pourrais envoyer des croquis plus tard.
L'hélice tourne très librement, et je pense donc pas que le problème vienne de là.

Ce que je souhaite obtenir :
- Une petite hélice de diamètre max 80 mm tournant très lentement et actionnée par une ou max trois petites bougies
- Un bougeoir final d'une hauteur de max 30 cm.

je vous écrit tout ce pavé pour vous demander quels paramètres je devrais prendre en compte pour arriver à mes fins.

1 - diamètre de l'hélice en rapport avec la distance flamme/hélice pour récupérer le plus d'énergie possible. Auriez vous une astuce pour mettre en évidence le diamètre de la colonne de gaz ?
2 - Géométrie des pales optimale, qu'elle angle d'inclinaison des pales ?
3 - puis-je bénéficier avec l’installation de la bougie dans un conduit d'un tirage semblable à celui d'une cheminée, y-a t'il pour la convection naturelle un rapport diamètre/longueur du conduit efficace à mon échelle de projet (conduit de longueur max 30 cm et de diam min 4 cm.
4- Avez vous des idées de paramètre ?

Voila, je vous enverrais dans une second temps des dessins technique du futur engin ainsi que mes retours d'expérimentation .
Merci d'avance pour vos réponses
Une belle journée à toutes et tous.
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[harmoniciste]

Bonjour
Le couple mécanique résistant de votre systême est certainement beaucoup trop élevé, eu égard au couple produit par la colonne d'air chaud créée par les bougies:
Pour réduire le couple résistant, la pointe de votre pivot ne doit pas tourner dans un trou (rayon non négligeable), mais sur une surface plate (rayon de frottement quasi-nul)
Votre axe ne doit pas non-plus être guidé entre un palier haut et un palier bas, car le moindre déséquilibre produit un appui radial (et donc un frottement sur ces paliers.
La seule pointe haute doit suffire, si la verticalité est grossièrement assurée par le centre de gravité bas de la partie mobile

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

Pour compléter la réponse données, voyez par exemple: http://phymain.unisciel.fr/actionner...de-la-chaleur/

[Verjus falle]

Merci pour votre réponse rapide !
J'aurais du être plus précis concernant l'aspect mécanique de l'axe, la pointe repose dans un trou borgne de profil conique qui est la uniquement pour centrer l'axe et au vu du résultat cela ne contraint pas son mouvement car seulement le bout de sa pointe est en contact. à terme l'axe sera tourné en acier et les paliers seront en bronze pour encore minimiser la friction. J'ai l'habitude de travailler au dessous du dixième de mm en bijouterie et je pense que je peux réduire la friction à un degré quasi nul tout en conservant le maintient de l'axe. Je vais poster des croquis/dessins techniques de l'engin pour que vous compreniez mieux ce que je veux faire et pourquoi j'ai besoin de ce maintien en deux points.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Verjus falle]

Voila pour l'image explicative. Les épaisseurs ne sont évidemment pas réaliste. L'idée est d'avoir le cylindre 1 solidaire de l'hélice 2 tournant sur un axe. L'élément 3 sera quasi totalement ajouré pour que l'air puisse circuler le plus librement possible. Au final je voudrais mettre en rotation un cylindre ''ciel'' pur creer un effet visuel de mouvement avec le décor colline et maison du grand cylindre. Je pensais commencer par vous demander uniquement pour une hélice simple mais au moins maintenant vous aurez toutes les contraintes en vue.
Le cylindre 1 pourra être extrêmement léger, si il le faut j'utiliserai une feuille de métal de moins de 1 dixième de mm pour le réaliser.
J'ai besoin que l'axe soit centré pour que l'ensemble 1et2 puisse rester bien en ligne.

Concernant l'hélice, le fait qu"elle soit entourée par un cylindre va t'il provoquer des problème ou bien cela va t'il améliorer sa mise en route ?

[XK150]

Mais le cylindre sera fixé à l'hélice ???
Pas bon , trop d'inertie , trop difficile à équilibrer .

[Verjus falle]

Je sais malheureusement cela va être difficile mais en utilisant un matériaux extrêmement léger pour le réaliser (papier si suffisamment loin de la bougie, feuille de titane ou d'alu) je pense pouvoir avoir un poids extrêmement léger qui devrait réduire au maximum l'inertie. En imaginant,bien que soit impossible, que l'inertie soit nulle, comment les gaz se comporteraient t'ils à l'intérieur de cette ensemble?

[coussin]

Mes parents avaient un tel carousel quand j'étais gamin

[Verjus falle]

C'est vraiment un objet très mignon, c'est pour ça que je me demande comment essayer de le faire évoluer un peu. Même si mon projet de départ n'est finalement pas réalisable, je pourrais sûrement faire quelque chose d'autre une fois les principes physique en œuvres bien assimilés
Et puis j'espère que ça va m'éviter un certain nombre de maquette test !

[XK150]

Un seul pivot haut sur rubis , le reste en dessous parfaitement équilibré , comme la vidéo du post 3 , mais en mieux !!!!
Et placé dans un endroit sans courant d'air ...

[XK150]

Pas mal du tout , ça donne envie d'essayer ... https://www.youtube.com/watch?v=GboF8hShbkQ

[RomVi]

Bonjour

A mon avis les frottements et l'inertie n'ont pas grand chose à voir la dedans. Quand j'étais gamin j'avais un truc de ce genre qui tournait tres bien et tres vite, et qui venait même frapper des clochettes, et pourtant la réalisation n'était pas spécialement soignée.
Je pense que tout se joue sur le design des ailettes ; il faut faire des essais.

[Verjus falle]

Merci beaucoup pour toutes vos réponses ! Je repars sur des essais et je vous tiens au courant

[Verjus falle]

Une dernière petite question quand même, quand l'air arrive sous les pales de l'hélice, il y a un rétrécissement qui se créé. Il y a donc si je ne m'abuse un effet Venturi ou le flux d'air accélère et perd en pression. Je ne comprend pas l'influence de cette pression, si quelqu'un pourrais m'expliquer ce serait sympa. Parce que si j'entends pression comme force de mouvement (désolé sûrement pas très scientifique tout ça), il suffirait peut de réduire le nombre des pales et d'augmenter l'espace entre elles. Je dis ça car j'ai remarqué sur chaque exemple que vous m'avez donné qu'il y avait plus d'espaces entre les pales que sur mes hélices à moi
Bonne soirée et encore merci !

[RomVi]

Non, dans les conditions de fonctionnement du carillon on peut considérer que la pression est la même partout.

[Sethy]

Est-ce que le "tirage" est suffisant ? Y a-t-il clairement un courant d'air chaud qui s'échappe par le haut du dispositif ?

[Verjus falle]

Alors c'est pas évident à dire précisément. J'ai fait une hélice en zinc de 75 mm diam et de 9 gr en comptant le poids de l'axe et comportant 16 pales avec pour chacune un angle d'environ 45 degrés. En travaillant un peu sur la pointe de l'axe et la réduction des frictions j'arrive à la faire tourner avec une seule bougie pas très vivace. Mon support est bricolé le tracé et la découpe de l'hélice sont précis mais son équilibrage est très approximatif à cause de sa mise en forme faite à la va vite . Malgré tout, ça tourne et c'est plutôt bon signe car la notion de poids n'a pas l'air d'être le facteur clef . Ce que j'ai remarqué, pour que l'hélice se mette en mouvement c'est de bien choisir la hauteur flamme/hélice et de bien tenir l'axe à la verticale. Concernant la sortie de l'air au dessus de l'hélice, on sent une petite perte de chaleur, j'ai testé cela au dessus d'une flamme plus importante avec une feuille de papier à cigarette et le courant d'air est légèrement diminué. Je pense que l'étape suivante va consister à réaliser un support viable pour expérimenter qui me permettra d'avoir des conditions de fonctionnement stables pour les différents test d'hélice. Que pensez vous du fait que la bougie soit dans un conduit avec une arrivée d'air basse ? Quitte à fabriquer un support test, je pourrais commencer par celui là si jamais il n'y a pas de contre indication, ça permettrait déjà d'avoir une flamme moins sujette aux milieu environnant.

[Verjus falle]

D'ailleurs merci d'avoir insisté sur les frottements, rien que le fait de partir sur une vraie pointe et pas sur la simili que j'avais faite au départ permet à l"hélice de bouger Je pensais l'améliorer dans les tests antérieurs vu qu'elle semblait quand même très libre mais c'est apparemment et plus que la géométrie des pales le facteur clef pour que ça marche. Reste à optimiser tout ça. Le plus dur je crois maintenant va être de contrôler la vitesse de rotation et qu'elle reste assez lente. Je pense utiliser des petites masselottes à enfiler sur l'axe en partie supérieure pour justement créer de la friction.

Une bonne journée à tous

[harmoniciste]

Bonjour
Le moindre déséquilibre de l'hélice (ou de sa cloche) provoquera le contact de l'axe sur le palier de guidage, d'où un frottement nuisible. Il faudrait donc équilibrer "pile poil" cet ensemble, tant radialement qu'axialement, pour mettre son centre de gravité à peine en dessous du niveau de la pointe.
Cet équilibrage peut se vérifier facilement en observant la verticalité de la position d'équilibre (sans le palier supérieur de guidage), et la longue période du balancement libre.

[Gilgamesh]

Si vous voulez vous lancer dans le calcul, vous avez des éléments de calculs pratique ici : https://eolienne.f4jr.org/eolienne_etude_theorique