Mécanique des fluides

Données Générales
Programme Académique	Formation ECAM Arts & Métiers			:
Type d'EC	Cours
Cours : 31h00 TD : 15h00 TP : 12h00 Durée totale : 83h00	Statut : Obligatoire	Période : SEMESTRE 5	Langue d'enseignement : Français/Anglais

Acquis d'apprentissage
Découvrir les phénomènes physiques fondamentaux liés à la mécanique des fluides. Acquérir des connaissances de base en statique et dynamique des fluides. Disposer d'un vocabulaire technique lié aux différents types de fluides et d'écoulements. Etre capable d'appliquer les lois de bilan fondamentales de la mécanique des fluides visqueux incompressibles en régime permanent. Etre capable de modéliser et/ou dimensionner un système fluide simple lié à une application industrielle associée à la statique, l'aéraulique ou l'hydraulique. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de caractériser mécaniquement et énergétiquement un système industriel existant lié à la mécanique des fluides. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de concevoir et dimensionner un futur système industriel lié à la mécanique des fluides.

Acquis d'apprentissage

Découvrir les phénomènes physiques fondamentaux liés à la mécanique des fluides.
Acquérir des connaissances de base en statique et dynamique des fluides.
Disposer d'un vocabulaire technique lié aux différents types de fluides et d'écoulements.
Etre capable d'appliquer les lois de bilan fondamentales de la mécanique des fluides visqueux incompressibles en régime permanent.
Etre capable de modéliser et/ou dimensionner un système fluide simple lié à une application industrielle associée à la statique, l'aéraulique ou l'hydraulique.
Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de caractériser mécaniquement et énergétiquement un système industriel existant lié à la mécanique des fluides.
Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de concevoir et dimensionner un futur système industriel lié à la mécanique des fluides.

Contenu
Définition des objectifs de la mécanique des fluides industrielle. Présentation des différents types de fluides et de leurs propriétés (liquides et gaz, propriétés physiques des fluides, etc.). Présentation des différentes classes d'écoulements industriels. Notions de cinématique des fluides : approches de Lagrange et d'Euler, dérivée particulaire, ligne de courant, ligne d'émission et trajectoire. Ecriture des équations fondamentales de bilans de masse, de quantité de mouvement et d'énergie. Présentation de ces équations sous leurs formes réduites et analyse des conditions d'application de ces équations sous ces formes simplifiées. Présentation des équations d'Euler, Navier-Stokes et Bernoulli Généralisé. Applications industrielles de ces équations de bilan sur des écoulements « simples » (tubes de courant de fluide visqueux incompressible en régime permanent turbulent établi). Modélisation des pertes de charges régulières et singulières pour les écoulements de fluides « réels ». Présentation des méthodes d'assemblage de ces pertes de charges, selon les positionnements en série ou en parallèle : présentation de l'analogie électrique. Etude de réseaux hydrauliques et dimensionnement de systèmes de pompage ou de récupération d'énergie hydraulique – Applications de l'équation de Bernoulli généralisé - Notion de point de fonctionnement : sélection d'un système de pompage adapté à un objectif de débit donné dans une installation imposée. Notion de couche limite - Efforts de traînée et de portance – Applications à l'aéronautique. Modélisation d'un phénomène physique complexe via l'analyse dimensionnelle. Utilisation de l'analyse de la similitude afin de compléter expérimentalement les modèles analytiques établis : essais sur maquettes à échelle réduite, définition des conditions d'utilisation des maquettes, définitions des règles de transfert des résultats obtenus sur maquettes vers les prototypes à échelle unité.

Contenu

Définition des objectifs de la mécanique des fluides industrielle.
Présentation des différents types de fluides et de leurs propriétés (liquides et gaz, propriétés physiques des fluides, etc.).
Présentation des différentes classes d'écoulements industriels.
Notions de cinématique des fluides : approches de Lagrange et d'Euler, dérivée particulaire, ligne de courant, ligne d'émission et trajectoire.
Ecriture des équations fondamentales de bilans de masse, de quantité de mouvement et d'énergie. Présentation de ces équations sous leurs formes réduites et analyse des conditions d'application de ces équations sous ces formes simplifiées. Présentation des équations d'Euler, Navier-Stokes et Bernoulli Généralisé.
Applications industrielles de ces équations de bilan sur des écoulements « simples » (tubes de courant de fluide visqueux incompressible en régime permanent turbulent établi).
Modélisation des pertes de charges régulières et singulières pour les écoulements de fluides « réels ». Présentation des méthodes d'assemblage de ces pertes de charges, selon les positionnements en série ou en parallèle : présentation de l'analogie électrique.
Etude de réseaux hydrauliques et dimensionnement de systèmes de pompage ou de récupération d'énergie hydraulique – Applications de l'équation de Bernoulli généralisé - Notion de point de fonctionnement : sélection d'un système de pompage adapté à un objectif de débit donné dans une installation imposée.
Notion de couche limite - Efforts de traînée et de portance – Applications à l'aéronautique.
Modélisation d'un phénomène physique complexe via l'analyse dimensionnelle. Utilisation de l'analyse de la similitude afin de compléter expérimentalement les modèles analytiques établis : essais sur maquettes à échelle réduite, définition des conditions d'utilisation des maquettes, définitions des règles de transfert des résultats obtenus sur maquettes vers les prototypes à échelle unité.

Prérequis / corequis
Cours de mathématique et de mécanique de classes préparatoires

Bibliographie
- Polycopié de cours de mécanique des fluides – ECAM Lyon – Vincent Caillé - "Introduction to Fluid Mechanics" – 6th edition - Edition Wiley (2004) - R. W. Fox, A. T. McDonald, P. J. Pritchard - “Fluid Mechanics Fundamentals and Applications” - McGraw-Hill College (2017) - Yunus Çengel, John M. Cimbala

Évaluation(s)
N°	Nature	Coefficient	Objectifs
1	Applications de statique des fluides et des bilans de masse, quantité de mouvement et énergie sur des systèmes conservatifs	1	Découvrir les phénomènes physiques fondamentaux liés à la mécanique des fluides. Acquérir des connaissances de base en statique et dynamique des fluides. Disposer d’un vocabulaire technique lié aux différents types de fluides et d'écoulements. Etre capable d’appliquer les lois de bilan fondamentales de la mécanique des fluides parfaits incompressibles en régime permanent. Etre capable de modéliser et/ou dimensionner un système fluide simple lié à une application industrielle associée à la statique, l'aéraulique ou l'hydraulique. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de caractériser mécaniquement un système industriel existant lié à la mécanique des fluides. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de concevoir et dimensionner un futur système industriel lié à la mécanique des fluides.
2	Etudes de réseaux hydrauliques non conservatifs (pertes de charges), efforts aéro/hydro-dynamiques, applications d’Analyse Dimensionnelle et de Similitudes	1	Découvrir les phénomènes physiques fondamentaux liés à la mécanique des fluides. Acquérir des connaissances de base en dynamique des fluides. Disposer d’un vocabulaire technique lié aux différents types de fluides et d'écoulements. Etre capable d’appliquer les lois de bilan fondamentales de la mécanique des fluides visqueux incompressibles en régime permanent. Etre capable de modéliser et/ou dimensionner un système fluide simple lié à une application industrielle associée à la statique, l'aéraulique ou l'hydraulique. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de caractériser mécaniquement et énergétiquement un système industriel existant lié à la mécanique des fluides. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de concevoir et dimensionner un futur système industriel lié à la mécanique des fluides.
3	Vérifications expérimentales des principes de mécanique des fluides sur des installations de laboratoire (Pertes de charges, efforts aéro/hydro-dynamiques, Tube de Venturi, Pompe centrifuge, etc.)	1	Découvrir les phénomènes physiques fondamentaux liés à la mécanique des fluides. Acquérir des connaissances de base en statique et dynamique des fluides. Disposer d’un vocabulaire technique lié aux différents types de fluides et d'écoulements. Etre capable d’appliquer les lois de bilan fondamentales de la mécanique des fluides visqueux incompressibles en régime permanent. Etre capable de modéliser et/ou dimensionner un système fluide simple lié à une application industrielle associée à la statique, l'aéraulique ou l'hydraulique. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de caractériser mécaniquement et énergétiquement un système industriel existant lié à la mécanique des fluides. Acquérir une démarche scientifique rigoureuse dans le but de concevoir et dimensionner un futur système industriel lié à la mécanique des fluides.