Profil d'un écoulement turbulent dans une conduite à air

Thèmes abordés

Informatique - Électronique, Ecoulement turbulent dans une conduite à air, principe du tube de Pilot, vitesse longitudinale, fonctionnement du fil chaud, vitesse de propagation d'un fluide, pression atmosphérique

Résumé du document

On s'intéresse à la caractérisation d'un écoulement dans une conduite à air cylindrique en régime turbulent par mesures des différents profils de vitesses longitudinales le long de la conduite, et transversales pour une section donnée.
La conduite à air est constituée par un ventilateur centrifuge qui aspire de l'air qui passe ensuite par la chambre de tranquillisation, et rentre dans la conduite par le convergent et, à la fin, on trouve au niveau de deux instruments qui permettent la mesure des profils de vitesse : le tube de Pitot et le fil chaud. On se situe au niveau du régime turbulent et on balaye une gamme de débit de 30 à 140 l/s ce qui correspond à un nombre de Reynolds Re compris entre 28000 et 125000.

Extraits

[...] ANNEXES: Principe du tube de Pitot : Un tube Pitot est un capteur permettant d'évaluer la vitesse de propagation d'un fluide relativement à sa position. Le tube est placé face à un écoulement pour fonctionner. Il est doté de deux orifices : l'orifice A (sur la figure prélève la pression totale, et le B la pression statique. Ces deux mesures permettent d'obtenir la pression dynamique, dont on peu déduire la vitesse v du fluide grâce à la formule : où ρ représente la masse volumique du fluide en écoulement. [...]

[...] Il nous est donc possible de tracer la vitesse en fonction de la position radiale. On remarquera que le fil chaud ne peut se déplacer que sur près d'un rayon et donc on pourra éventuellement effectuer une symétrie des résultats pour avoir la vitesse sur le diamètre. La figure ci-dessous illustre le résultat obtenu pour le profil de vitesse transversal pour une section située près de la sortie de la conduite pour différents débits : On remarque que les valeurs de vitesse transversale sont plus élevées pour un débit fort que pour un débit qui est moins important, et qu'ils sont plus faibles au niveau des frontières pariétales. [...]

[...] Figure 1 : schéma de la conduite à air On se situe au niveau du régime turbulent et on balaye une gamme de débit de 30 à 140 l/s ce qui ce qui correspond à un nombre de Reynolds Re compris entre 28000 et 125000. Protocole expérimental : On met en marche l'installation avec le bouton situé sous le ventilateur et on règle le débit de l'écoulement à partir de la vanne située entre le ventilateur et la chambre de tranquillisation. [...]

[...] Fonctionnement du fil chaud Le fil chaud est un fil chauffé par un courant électrique. Il est maintenu à une température constante; il est donc possible de calculer la différence de température entre l'air froid arrivant sur le fil et la température à laquelle le fil est maintenu. Cette variation de température est directement liée à une variation de potentiel. Ce potentiel nous permet de déterminer la vitesse grâce à un étalonnage. [...]

[...] Résultats et interprétations : Profil longitudinal de la vitesse : Après avoir effectué les mesures de différences de pression par le tube de Pitot, on peut remonter aux valeurs des vitesses longitudinales le long de la conduite par la formule déjà cité, on trace alors le profil de vitesse longitudinal caractéristique de l'écoulement en fonction de la position à l'entrée de la conduite. La figure ci-dessous illustre le résultat obtenu pour différents débits : fort, faible et moyen. L'air s'écoule dans la conduite sous l'effet d'un gradient de champ de pression. [...]