Maîtriser l'Écoulement des Fluides : Types, Comportements et Applications

Précédemment, j'ai expliqué la mécanique des fluides où j'ai indiqué que la dynamique des fluides en est une branche, elle traite de l'écoulement des fluides. Cela signifie qu'elle implique le mouvement d'un fluide soumis à des forces déséquilibrées. Ce mouvement se poursuit tant que les forces déséquilibrées sont exercées. Eh bien, ce n'est pas notre sujet ici.

Aujourd'hui, vous découvrirez les différents types d'écoulement de fluides puisque le fluide lui-même peut être classé en différents types selon la variation des caractéristiques du fluide telles que la vitesse, la densité, etc. La méthode d'analyse varie en mécanique des fluides, selon le type d'écoulement. Entrons dans notre sujet de discussion : les différents types d'écoulement de fluides. Vous découvrirez également les différents types de fluides.

Différents types d'écoulement de fluides

Écoulement permanent et non permanent :

Un écoulement est dit permanent lorsque ses caractéristiques fluides telles que la densité, la vitesse et la pression en un point ne changent pas avec le temps. Cela peut s'exprimer mathématiquement comme suit :

Où V est la vitesse du fluide

P est la pression du fluide, et

ρ (rho) est la densité du fluide.

Un écoulement peut aussi être non permanent lorsque les caractéristiques du fluide comme la vitesse, la pression et la densité en un point changent par rapport au temps. Cela s'exprime mathématiquement comme suit :

Schéma d'écoulement permanent et non permanent en mécanique des fluides :

Écoulement uniforme et non uniforme :

L'écoulement uniforme est un type d'écoulement de fluide dans lequel la vitesse de l'écoulement à un moment donné ne change pas par rapport à l'espace (le long de la direction de longueur de l'écoulement). Cela peut aussi s'exprimer mathématiquement comme suit :

D'autre part, l'écoulement non uniforme est un type d'écoulement de fluide dans lequel sa vitesse d'écoulement à un moment donné change par rapport à l'espace. Mathématiquement, un écoulement non uniforme peut s'exprimer comme suit :

Schéma d'un écoulement uniforme et non uniforme :

Écoulement laminaire et turbulent

Les types d'écoulement laminaire sont des écoulements dans lesquels les particules de fluide se déplacent le long de lignes de courant bien définies ou de chemins. Cela se produit de manière que toutes les lignes de courant soient droites et parallèles les unes aux autres. Dans ce type d'écoulement, les particules de fluide sont dites se déplacer en lames. Les couches dans l'écoulement laminaire glissent en douceur sur la couche adjacente. L'écoulement est dit laminaire lorsque le nombre de Reynolds est inférieur à 2000.

Néanmoins, l'écoulement turbulent est un type d'écoulement dans lequel les particules de fluide se déplacent de manière zigzag. Ce mouvement en zigzag forme une turbulence élevée et des tourbillons, entraînant une perte d'énergie élevée. L'écoulement est turbulent lorsque le nombre de Reynolds est supérieur à 4000. Eh bien, un écoulement de fluide dans un tuyau qui a un nombre de Reynolds entre 2000 et 4000 est dit être en état de transition. Maintenant, vous pouvez voir que l'écoulement laminaire et turbulent dans un tuyau est caractérisé par le nombre de Reynolds.

Schéma d'écoulement laminaire et turbulent :

Écoulements compressibles et incompressibles

Dans un écoulement compressible, sa densité de fluide change d'un point à un autre. C'est-à-dire que la densité n'est pas constante. Par exemple, ρ n'est pas constante.

D'autre part, l'écoulement incompressible est un type d'écoulement dans lequel la densité du fluide est constante d'un point à un autre. C'est-à-dire que les liquides sont généralement incompressibles et les gaz sont compressibles. ρ = constante. Où ρ est la densité du fluide.

Écoulements rotationnels et irrotationnels

Un écoulement rotationnel est un type d'écoulement dans lequel les particules de fluide tournent autour de leur propre axe tout en s'écoulant le long des lignes de courant. L'écoulement irrotationnel se produit si les particules de fluide ne tournent pas tout en s'écoulant le long de la ligne de courant autour de leur propre axe.

Écoulements uni-, bi- et tridimensionnels

L'écoulement de fluide unidimensionnel est un type d'écoulement de fluide dans lequel son paramètre d'écoulement comme la vitesse est exprimé comme une fonction du temps et d'une coordonnée spatiale. Cela peut s'exprimer comme :

u = f(x), v = 0 ; w = 0 ;

La vitesse selon les directions y et z, c'est-à-dire v et w, sont considérées comme négligeables.

Deuxièmement, l'écoulement bidimensionnel est un écoulement dans lequel la vitesse est une fonction du temps et de deux coordonnées spatiales rectangulaires. Il est considéré comme négligeable lorsque la vitesse d'écoulement selon la troisième direction. C'est-à-dire :

u = f(x, y) ; v = g(x, y) ; w = 0 ;

Finalement, l'écoulement tridimensionnel est un type d'écoulement de fluide dans lequel la vitesse est une fonction du temps et de trois coordonnées spatiales rectangulaires mutuellement perpendiculaires (x, y et z). C'est-à-dire :

u = f(x, y, z) ; v = g(x, y, z) ; w = h(x, y, z)

Regardez la vidéo ci-dessous pour apprendre l'écoulement des fluides en mécanique des fluides :

Profitons maintenant de cette occasion pour discuter des différents types de fluides.

Types de fluides

Voici les différents types de fluides :

Fluide idéal – ces types de fluides ne peuvent pas être compressés et leur viscosité ne rentre pas dans la catégorie d'un fluide idéal. On dit qu'il est imaginaire, c'est-à-dire que le fluide n'existe pas dans la réalité.

Fluide réel – ces fluides sont réels car ils possèdent une viscosité.

Fluide newtonien – c'est quand un fluide obéit à la loi de viscosité de Newton.

Fluide non-newtonien – quand un fluide n'obéit pas à la loi de viscosité de Newton.

Fluide plastique idéal – ces types de fluides sont connus quand la contrainte de cisaillement est proportionnelle au gradient de vitesse et la contrainte de cisaillement est supérieure à la valeur de seuil.

Fluide incompressible – c'est quand la densité du fluide ne change pas avec l'application de force externe.

Fluide compressible – c'est quand la densité du fluide change avec l'application de force externe.

Le tableau ci-dessous montre la densité et la viscosité de différents types de fluides :

Types de fluide	Densité	Viscosité
Fluide idéal	Constante	Zéro
Fluide réel	Variable	Non-nulle
Fluide newtonien	Constante/Variable	τ = μ(du/dy)
Fluide non-newtonien	Constante/Variable	τ ≠ μ(du/dy)
Fluide incompressible	Constante	Non-nulle/zéro
Fluide compressible	Variable	Non-nulle/zéro

Conclusion

C'est tout pour l'article « Divers types d'écoulement de fluides » où nous avons également listé les types de fluides disponibles.

J'espère que vous avez aimé la lecture. Si c'est le cas, partagez-le avec d'autres étudiants. Merci de votre lecture. À la prochaine !