Cours de mécanique des fluides
La mécanique des fluides consiste à étudier les écoulements de fluides, liquides et gazeux. Tout milieu matériel continu, déformable, sans rigidité et qui peut s'écouler est considéré comme un fluide.
Comment peut-on décrire un fluide ? 🌊
- 👻 Un fluide n’a pas de forme propre, il peut être sous forme liquide ou gazeuse.
- 🌬️ Il s’écoule si on lui applique une force.
- 🫗 Il prend la forme du contenant.
Exemples :
- Fluides monophasiques : eau, air, métaux fondus…
- Fluides multiphasiques :
- Aérosols (L ou S dans V) : brouillard, essence dans carburateur, fumée...
- Émulsions (L dans L) : lait, vinaigrette, anisette, shampoing...
- Suspensions (S dans L) : pâtes, boues
- Liquides à bulles (G dans L) : sodas, eau de source, distillation
- Fluides complexes : magmas, plasmas, ferrofluides, polymères, micelles,cristaux liquides, milieux granulaires…
Description
🔬 Microscopique :
Atomes ou molécules plus ou moins libres les uns aux autres.
- Liquide : fort encombrement et interactions fortes.
- Gaz : faible encombrement et interactions quasi nulles.
🐳 Macroscopique :
Un fluide apparaît comme un milieu continu.
Un fluide exerce et subit des forces sur et par l’environnement.
Branches de la mécanique des fluides
🛁 Hydrostatique : science qui étudie les fluides au repos (poussée d’Archimède, étude de la pression).
🚿 Dynamique des fluides : science qui étudie les fluides en mouvement (hydrodynamique, aérodynamique).
Description des fluides 💧
Fluide newtonien : viscosité dépendant de la température (air, gaz, eau).
Fluide non newtonien : viscosité dépendante de la vitesse et des contraintes.
Fluide parfait : fluide à viscosité nulle.
Fluide réel : fluide à viscosité non nulle.
Fluide incompressible : volume indépendant de la pression extérieure.
Fluide compressible : volume dépendant de la pression extérieure.
Caractéristiques
🔨 Pression :
$1~Pa = 1~N.m^{-2} = 1~kg·m^{-1}·s^{-2}$
$1~bar = 10^{5}~Pa$
$1~torr = 1~mm~Hg$
$1~psi = 1~pound.inch^{-2}$
☁️ Pression atmosphérique :
La pression atmosphérique est la pression de l'air sur Terre. Cette pression se traduit par une force exercée sur toute surface en contact avec elle, perpendiculaire à la surface. C'est la gravité qui comprime l'atmosphère, de telle sorte qu'à chaque niveau la pression locale supporte le poids de la colonne d'air au dessus.
$1~atm = 1,01325~bar = 101~325~Pa = 760~torr = 14,70~psi$