Initiation à la Mécanique des Fluides - Cartes de Vocabulaire

Flashcards de vocabulaire couvrant l'ensemble du cours d'Initiation à la Mécanique des Fluides : propriétés des fluides, hydrostatique, dynamique des fluides parfaits et réels.

Particule fluide

Élément de fluide de volume $V$ dont la taille $a = V^{1/3}$ est très petite devant l'échelle macroscopique de l'écoulement $L$ et très grande devant le libre parcours moyen $\ell$ des molécules.

Fluide

Corps pouvant s'écouler sans résistance, déformable et ne possédant pas de forme propre.

Fluide parfait

Modèle de fluide idéal dont les molécules se déplacent sans aucune interaction ni frottement les unes par rapport aux autres (effets visqueux négligeables).

Fluide réel

Fluide dont les molécules exercent les unes sur les autres une friction tangentielle lors du mouvement, nécessitant de prendre en compte la viscosité.

Masse volumique ($\rho$)

Rapport entre la masse $m$ d'un corps et le volume $V$ qu'il occupe ($\rho = \frac{m}{V}$), exprimé en $\text{kg}\cdot\text{m}^{-3}$.

Poids volumique ($\gamma$)

Rapport entre le poids d'un fluide et son volume ($\gamma = \rho g$), appelé aussi poids spécifique et mesuré en $\text{N}\cdot\text{m}^{-3}$.

Densité ($d$)

Grandeur adimensionnelle définie par le rapport de la masse volumique d'une substance à celle d'un fluide de référence (l'eau pour les liquides, l'air pour les gaz).

Viscosité dynamique ($\mu$)

Grandeur caractérisant l'aptitude des couches de fluide à glisser les unes sur les autres, régie par la loi de Newton $\tau = \mu \cdot \frac{dV}{dy}$ et exprimée en $\text{Pa}\cdot\text{s}$ ou $\text{Pl}$ (Poiseuille).

Viscosité cinématique ($\nu$)

Rapport de la viscosité dynamique $\mu$ sur la masse volumique $\rho$ du fluide ($\nu = \frac{\mu}{\rho}$), mesuré en $\text{m}^2/\text{s}$.

Poiseuille ($\text{Pl}$)

Unité de mesure de la viscosité dynamique $\mu$ dans le système international, où $1\,\text{Pl} = 1\,\text{Pa}\cdot\text{s} = 10\,\text{P}$ (Poise).

Pression absolue

Pression mesurée par rapport au vide absolu (zéro absolu de matière), valeur qui est toujours strictement positive.

Pression relative

Pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique ($P_{\text{absolue}} = P_{\text{relative}} + P_{\text{atm}}$).

Dépression

État dans lequel la pression absolue est inférieure à la pression atmosphérique, traduisant une pression relative négative.

Baromètre

Instrument de mesure utilisé pour mesurer la pression atmosphérique.

Manomètre

Appareil de mesure servant à déterminer la pression relative d'un fluide.

Vacuumètre

Appareil de mesure spécifiquement conçu pour mesurer le vide ou la dépression ($\text{Vide} = -P_{\text{relative}}$).

Hydrostatique

Branche de la mécanique des fluides qui étudie les fluides au repos et la transmission des pressions.

Relation fondamentale de l'hydrostatique

Équation vectorielle $\vec{\nabla}p = \rho \vec{g}$ traduisant l'équilibre mécanique des forces de pression et de pesanteur dans un fluide statique.

Isobare

Ligne ou surface dans un fluide au repos sur laquelle la pression est uniforme et constante.

Centre de poussée

Point d'application $C$ de la résultante des forces de pression exercées sur une surface solide immergée, toujours situé en dessous du centre de gravité $G$.

Poussée d'Archimède

Force verticale dirigée vers le haut subie par un corps immergé, égale et opposée au poids du fluide déplacé ($\vec{F}_{\text{Arch}} = \rho_L V_{\text{imm}} \vec{g}$).

Écoulement stationnaire

Écoulement dont l'ensemble des grandeurs physiques (vitesse, pression, température) en tout point est indépendant du temps.

Ligne de courant

Ligne géométrique tangente en chacun de ses points au vecteur vitesse du fluide à un instant donné.

Tube de courant

Ensemble des lignes de courant s'appuyant sur un contour fermé, formant une surface à travers laquelle aucun fluide ne pénètre.

Débit massique ($Q_m$)

Masse de fluide traversant une section donnée par unité de temps ($Q_m = \frac{dm}{dt} = \rho S V$), exprimée en $\text{kg/s}$.

Débit volumique ($Q_v$)

Volume de fluide traversant une section donnée par unité de temps ($Q_v = \frac{dV}{dt} = S V$), exprimé en $\text{m}^3/\text{s}$.

Théorème de Bernoulli

Loi de conservation de l'énergie mécanique le long d'une ligne de courant pour un fluide parfait, incompressible et en écoulement permanent : $P + \rho g z + \frac{1}{2}\rho V^2 = \text{constante}$.

Tube de Venturi

Appareil basé sur la loi de Bernoulli qui mesure la vitesse ou le débit d'un écoulement au moyen d'un rétrécissement de section créant une dépression au col.

Tube de Pitot

Dispositif de mesure de vitesse d'écoulement calculant $U = \sqrt{\frac{2(p_A - p_B)}{\rho}}$ à partir de la différence entre pression totale au point d'arrêt et pression statique.

Formule de Torricelli

Équation $U = \sqrt{2gh}$ donnant la vitesse de vidange d'un fluide parfait s'échappant d'un grand réservoir par un petit orifice situé à une hauteur $h$ sous la surface libre.

Régimes d'écoulement

Modes d'écoulement classés selon le nombre de Reynolds en régime laminaire ($Re < 2000$), transitoire ($2000 \le Re \le 100000$) ou turbulent rugueux ($Re > 100000$).

Nombre de Reynolds ($Re$)

Nombre sans dimension $Re = \frac{\rho V d}{\mu} = \frac{V d}{\nu}$ exprimant le rapport entre les forces d'inertie et les forces de viscosité dans un écoulement.

Perte de charge régulière

Perte d'énergie mécanique causée par les frottements visqueux le long d'une conduite rectiligne, calculée selon $\Delta H_l = \lambda \frac{L}{D} \frac{V^2}{2g}$.

Perte de charge singulière

Dissipation d'énergie localisée causée par des perturbations de l'écoulement au niveau de singularités géométriques (coudes, vannes, élargissements), exprimée par $\Delta H_s = K_s \frac{V^2}{2g}$.

Diagramme de Moody

Abaque graphique permettant de déterminer le coefficient de perte de charge linéaire $\lambda$ en fonction du nombre de Reynolds $Re$ et de la rugosité relative $\frac{E}{D}$.

Théorème de Bernoulli généralisé

Équation du bilan d'énergie d'un fluide réel intégrant les apports d'énergie des pompes ($H_{\text{aj}}$), les retraits des turbines ($H_{\text{pre}}$) et les pertes de charge ($\Delta H_{\text{perte}}$).

Rendement d'une machine hydraulique ($\eta$)

Rapport entre la puissance utile et la puissance absorbée par une machine ($\eta = \frac{P_u}{P_{\text{abs}}} < 1$), mesurant l'efficacité énergétique globale.