Mécanique des fluides

Le tube de Venturi et l'écoulement d'air autour d'un obstacle

Vérifier visuellement la relation inverse entre vitesse et pression (Bernoulli), et trouver le seuil du nombre de Reynolds à partir duquel l'écoulement d'air se met à émettre des tourbillons alternés (allée de tourbillons de Kármán). Mesurez la vitesse et la section du tube, puis vérifiez $Q = Av$ et la relation de Bernoulli lorsque les pertes sont faibles.

Licence

Matériel

Tube de Venturi virtuel à rapport de sections réglable
Soufflerie virtuelle (simulation de Boltzmann sur réseau D2Q9)
Trois formes d'obstacle : cylindre, plaque plane, profil incliné

Protocole

Mesurer la pression le long du tube de Venturi
Réduisez progressivement le rapport d₂/d₁ et observez la baisse du niveau de liquide dans le manomètre du col. Si le rétrécissement est trop fort, la pression tombe à zéro et un avertissement de cavitation apparaît. Comparez les grandeurs observées à $p + ρv²/2 + ρgh = constant$ .
Trouver le seuil d'apparition de l'allée de Kármán
Avec l'obstacle cylindrique, augmentez progressivement le nombre de Reynolds Re à partir de valeurs faibles. Observez la transition d'un écoulement lisse vers un détachement alterné de tourbillons autour de Re ≈ 47. Passez au profil incliné et remarquez la déviation de l'écoulement vers le bas derrière lui. Comparez les grandeurs observées à $Re = ρvD/μ$ .
Comparer Bernoulli et la continuité
Dans le Venturi, faites varier le rapport des sections et lisez la pression dans la partie large et au col ; observez la hausse de vitesse quand la section diminue. Vérifiez Q = Av et p + ρv²/2 + ρgh ≈ constante, en notant écarts et pertes. Comparez les valeurs affichées à $p + ρv²/2 + ρgh = constant$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

La mécanique des fluides étudie le mouvement des liquides et des gaz, de l'écoulement dans un conduit aux tourbillons derrière un obstacle. Daniel Bernoulli relia pression, vitesse et altitude dans un bilan énergétique pour un écoulement idéal ; la continuité ajoute la conservation du débit. Lorsqu'un fluide visqueux contourne un obstacle, inertie et frottement peuvent provoquer un décollement, des tourbillons périodiques et une allée de Kármán en aval. Le nombre de Reynolds Re = ρvD/μ compare les effets relatifs de l'inertie et de la viscosité, mais les seuils de transition dépendent de la géométrie et des conditions d'écoulement : ils ne sont pas universels. La méthode de Boltzmann sur réseau modélise le fluide en faisant évoluer des distributions assimilées à des particules sur une grille. Les deux simulations ont des rôles distincts : le Venturi montre lien entre pression et vitesse, tandis que l'obstacle révèle décollement, tourbillons et limites du modèle idéal.

Physiciens associés

Daniel Bernoulli

Sujets liés de la bibliothèque

L'équation de Bernoulli Équation de continuité Écoulement turbulent et allée de von Kármán