Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

BUT Du TP : L’objectif de ce TP est de déterminer la répartition de la pression

BUT Du TP : L’objectif de ce TP est de déterminer la répartition de la pression le long de la tuyère (convergente et convergente-divergente). INTRODUCTION : En génie énergétique, les fluides sont omniprésents, qu’ils soient incompressibles ou compressibles. En effet, ils sont très souvent les agents des transferts énergétiques par leurs propriétés de conduction de la chaleur et surtout leur faculté à transporter l’énergie sous diverses formes : énergie cinétique, énergie potentielle, pression, énergie interne, etc. Dans ce TP nous aborderons l’étude de la répartition de la pression dans les tuyères ( convergente et convergente-divergente) d’un écoulement compressible de l’air supposé comme gaz parfait , ainsi nous déterminerons les températures Ti le long de la tuyère et le débit Q, grâce a un appareillage décrit ci-dessous . Appareillage utlisé : Appareil pédagogique d’étude de la répartition de la pression dans les tuyères comprenant trois tuyères différentes conçues pour obtenir des écoulements jusqu'à mach 1 au col et des vitesses supersoniques en aval ayant le même diamètre au col ; deux tuyères convergentes-divergentes possédant des sections divergentes différentes et une tuyère convergente. Les trois tuyères sont équipées de prises de mesure de pression statique axiales placées dans les parties convergente et divergente et au col de chaque tuyère alimentées en air par un compresseur. Cet appareil permet les mesures des températures, pression et débit. Le banc permet de réaliser les travaux pratiques suivants : • Calcul des rendements des tuyères. • Comparaison de taux du débit massique avec les valeurs théoriques. • Mesure de la vitesse d’un jet provenant d’une tuyère. • Détermination de la répartition de la pression. ✓ Dans notre TP nous nous intéressons a l’étude de la distribution de la pression dans ces tuyères. Banc de mesure de la distribution de la pression dans les tuyères BNPD/EV. PARTIE THEORIQUE : GENERALITES SUR LES TUYERES : Du point de vue historique, en 1890 Gustave de Laval a développé une tuyère permettant d'augmenter la vitesse de l’écoulement. On la connaît de nos jours sous le nom de tuyère de Laval et elle présente une importance particulière dans la conception de fusée, de turbines à vapeur et à gaz… La fonction de la tuyère est de convertir l’énergie thermique en énergie cinétique. Elle convertit ainsi les gaz de faible vitesse, de pression et température élevées en gaz de vitesse très importante mais de basse pression et température. La forme générale du contour d’une tuyère, présente trois parties essentielles : Le convergent : la partie amont de la tuyère. Situé entre la chambre de combustion et le col, son rétrécissement contribue à l’accélération des gaz. Le col : est la partie du canal d’écoulement des gaz qui a le plus petit diamètre et qui, par le choix de ses dimensions, fixe le point de fonctionnement du moteur. Le divergent : il augmente la vitesse d’éjection des gaz au cours de leur détente et améliore, de ce fait, leur effet propulsif. AmorçAge d’une tuyère : Nous schématisons ci-dessous l’évolution des pressions et des vitesses dans les différents cas que l’on peut rencontrer dans une tuyère convergente divergente (tuyère de Laval). Pour faciliter la compréhension du phénomène, nous supposons que les conditions génératrices sont conservées constantes et que les conditions avales changent. Tant que la tuyère est entièrement subsonique (non amorcée, cas 1) les conditions avales modifient entièrement l’écoulement dans la tuyère car les ondes de pression peuvent remonter le courant. Dès que la tuyère est amorcée, les ondes de pression ne peuvent plus remonter la partie supersonique de l’écoulement qui « isole » l’amont des conditions avales. Si l’écoulement était entièrement supersonique, la pression de sortie deviendrait inférieure à la pression ambiante : la section croissant, le nombre de Mach croîtrait aussi inéluctablement et la pression diminuerait tout au long de la tuyère vers l’aval indépendamment de la pression ambiante. Le jet se ferait alors « écraser » par la pression ambiante et une onde de choc remonterait le courant jusqu’à se stabiliser à un endroit tel que la pression de sortie soit à nouveau égale à la pression ambiante (cas 3 et 4). Contrairement aux ondes élémentaires de pression, les ondes de choc se déplacent à vitesse supersonique d’autant plus vite que la discontinuité de pression est importante. Nous verrons que l’écoulement après l’onde de choc est forcément subsonique. pARTIE EXPERIMENTALE : 1/Tuyère convergente-divergente : Pour une pression d’entrée Pin=5bars . Expérience : - On raccorde le banc à une source d’air comprimée. - On règle sa pression à l’aide du réducteur de pression. - On ferme toute les vannes de chaque tuyère. - On allume le dispositif. - Enfin on diminue progressivement la pression Pout avec 0,5 bars et on lit les valeurs de pressions, températures et débits. On obtient le tableau suivant : On trace les graphes : 1/ Pi/Pin=f(i) : N Pin(bar) Tin© P1(bar) P2(bar) P3(bar) P4(bar) P5(bar) P6(bar) P7(bar) P8(bar) Pout(bar) Tout© Q(l/h) P1/Pin P2/Pin P3/Pin P4/Pin P5/Pin P6/Pin P7/Pin P8/Pin Pout/Pin 1 5 21,8 4,5 4,7 4,7 4,7 4,7 4,7 4,7 4,6 4,7 22,1 0 0,9 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,92 0,94 2 5 21,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,6 4,5 4,5 22 7000 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,92 0,9 0,9 3 5 21 4,5 4,25 4 4 4 4 4,2 4,1 4,2 21,9 10500 0,9 0,85 0,8 0,8 0,8 0,8 0,84 0,82 0,84 4 5 22,3 4,5 4 3,5 3,5 3,6 3,6 3,8 3,8 3,8 21,7 12500 0,9 0,8 0,7 0,7 0,72 0,72 0,76 0,76 0,76 5 5 21,8 4,5 3,7 2,9 2,8 2,9 2,9 3 3,2 3,3 22,5 14250 0,9 0,74 0,58 0,56 0,58 0,58 0,6 0,64 0,66 6 5 22,4 4,4 3,5 2,2 2 1,6 1,6 1,8 2,3 2,8 22,4 14400 0,88 0,7 0,44 0,4 0,32 0,32 0,36 0,46 0,56 7 5 24,9 4,4 4,5 2,2 2 1,2 1,2 0,9 1,9 2,3 22,2 14600 0,88 0,9 0,44 0,4 0,24 0,24 0,18 0,38 0,46 8 5 23,4 4,4 4,6 2,3 2 1,2 1 0,9 0,5 1,8 22,4 14700 0,88 0,92 0,46 0,4 0,24 0,2 0,18 0,1 0,36 9 5 23,2 4,5 4,6 2,5 2 1,2 1 0,9 0,3 1,3 22,4 14800 0,9 0,92 0,5 0,4 0,24 0,2 0,18 0,06 0,26 10 5 23,4 4,5 4,6 2,5 2 1,5 0,9 0,9 0,2 0,8 22,4 14900 0,9 0,92 0,5 0,4 0,3 0,18 0,18 0,04 0,16 Commentaire : Le graphe représente la variation des pressions (Pi/Pin) le long de la tuyère convergente-divergente, on constate que les pressions de la partie convergente diminuent avec la diminution de la section jusqu’au col. Dans la partie divergente la pression augmente (discontinuité) à cause d’une onde de choc pour réétablir le régime subsonique, Donc on dit que la tuyère est amorcée. Pour P8/Pin l’onde de choc atteint la section de sortie, le régime est totalement supersonique et donc on dit que la tuyère est totalement amorcée. 2/ Q=f(Pout/Pin) : Commentaire : Le graphe représente la variation du débit en fonction du rapport (Pout/Pin), On remarque que le débit et le rapport des pressions (entrée-sortie) sont inversement proportionnels car la section diminue dans le convergent, en arrivant au col le débit atteint sa valeur maximale et reste constant jusqu'à la sortie. 2/Tuyère convergente: Pour la même pression d’entrée Pin=5bars . On obtient le tableau suivant : On trace les graphes : 1/ Pi/Pin=f(i) : 0,5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (P1/Pin) P2/Pin P3/Pin P4/Pin P5/Pin P6/Pin P7/Pin P8/Pin N Pin (bar) Tin (C) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Pout Tout Q(l/h) (P1/Pin) P2/Pin P3/Pin P4/Pin P5/Pin P6/Pin P7/Pin P8/Pin Pout/Pin 1 5 23,9 4,4 4,5 4,5 4,5 4,5 4,6 4,6 4,6 4,5 22 0 0,88 0,9 0,9 0,9 0,9 0,92 0,92 0,92 0,9 2 5 23,8 4,4 4,6 4,6 4,6 4,7 4,6 4,8 4,5 4 22 5500 0,88 0,92 0,92 0,92 0,94 0,92 0,96 0,9 0,8 3 5 23,4 4,4 4,5 4,5 4,5 4,7 4,6 4,7 4,6 3,5 22 10250 0,88 0,9 0,9 0,9 0,94 0,92 0,94 0,92 0,7 4 5 22,9 4,4 4,5 4,5 4,5 4,7 4,7 4,7 4,7 3 21,9 11600 0,88 0,9 0,9 0,9 0,94 0,94 0,94 0,94 0,6 5 5 22,8 4,4 4,5 4,5 4,5 4,5 4,6 4,6 4,7 2,5 21,9 11700 0,88 0,9 0,9 0,9 0,9 0,92 0,92 0,94 0,5 6 5 22,9 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,6 4,5 4,7 2 21,9 12800 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,92 0,9 0,94 0,4 7 5 23,4 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,6 4,6 4,7 1,5 21,9 12900 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,92 0,92 0,94 0,3 8 5 23,6 4,5 4,5 4,5 4,6 4,7 4,7 4,6 4,8 1 21,9 13900 0,9 0,9 0,9 0,92 0,94 0,94 0,92 0,96 0,2 9 5 23,7 4,5 4,5 4,6 4,7 4,8 4,7 4,5 4,8 0,5 22 13000 0,9 0,9 0,92 0,94 0,96 0,94 0,9 0,96 0,1 10 5 23,8 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3 0 22 13000 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0 Commentaire : Le graphe représente la variation de uploads/s3/ tp-ecoulement-cmp.pdf