Définition
Fluide
Un fluide est une substance qui déforme continuellement sous l'effet d'une contrainte, peu importe la petite quantité de cette contrainte. Les fluides incluent les liquides, les gaz, les plasmas et à certains égards, même les plastiques.
Mécanique des fluides
La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les mouvements des fluides (liquides et gaz) et les forces qui les induisent.
Viscosité
La viscosité est une mesure de la résistance d'un fluide à l'écoulement. Elle décrit comment le fluide interne résiste à la déformation sous une contrainte de cisaillement ou une charge axiale.
Équations de base en mécanique des fluides
Les équations fondamentales de la mécanique des fluides sont l'équation de continuité, les équations de Navier-Stokes et l'équation de Bernoulli. Ces équations décrivent la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie.
Équation de continuité
L'équation de continuité est basée sur le principe de conservation de la masse. Elle indique que pour un fluide incompressible, le débit entrant doit être égal au débit sortant. Mathématiquement, cela se traduit par la relation : A1V1=A2V2, où A est la section de la conduite et V la vitesse du fluide.
Équations de Navier-Stokes
Les équations de Navier-Stokes sont un ensemble d'équations qui décrivent le mouvement des fluides visqueux. Elles s'appuient sur la loi de Newton exprimant la force comme produit de la masse et de l'accélération, adaptées aux fluides. C'est un système complexe qui nécessite souvent des approches numériques pour être résolu.
Équation de Bernoulli
L'équation de Bernoulli est une loi de conservation de l'énergie qui s'applique à l'écoulement d'un fluide idéal, c'est-à-dire non visqueux et incompressible. Elle stipule que, en absence de forces extérieures, l'énergie mécanique totale d'une masse de fluide par unité de volume demeure constante, entre deux points de son parcours.
Dynamique des fluides
La dynamique des fluides fait référence à l'étude des écoulements de fluides et englobe divers concepts tels que la turbulence, la couche limite et l'écoulement potentiellement. L'étude de ces phénomènes permet de comprendre et de prédire comment les fluides se déplacent dans des conditions réelles.
Concepts de la turbulence
La turbulence est un régime d'écoulement caractérisé par des changements erratiques et chaotiques dans la vitesse et la pression du fluide. Contrairement à l'écoulement laminaire, où les couches de fluide se déplacent de manière parallèle, la turbulence entraîne un mélange intensif des particules fluides.
Couche limite
La couche limite est la région proche d'une surface solide où les effets de la viscosité sont significatifs, et où la vitesse du fluide passe de zéro à sa valeur libre, soit la valeur éloignée de la surface. Ce concept est crucial dans la compréhension des forces de traînée expérimentées par les objets immergés dans un fluide.
Applications de la mécanique des fluides
La mécanique des fluides a des applications multiples dans de nombreux domaines tels que l’aéronautique, l'ingénierie civile, le génie maritime, et même la météorologie. Les principes de la mécanique des fluides sont essentiels pour le design d'avions, de voitures, la modélisation atmosphérique et la conception d'installations hydrauliques.
A retenir :
La mécanique des fluides est essentielle pour comprendre le comportement des liquides et des gaz en mouvement. Elle repose sur des équations fondamentales telles que celles de Navier-Stokes, de continuité, et de Bernoulli pour décrire la conservation de la masse et de l'énergie. Les concepts de turbulence et de couche limite jouent un rôle majeur dans l'analyse des écoulements réels. Les applications de cette science sont vastes et cruciales dans des domaines variés tels que l'aéronautique, le génie civil, et la météorologie.
