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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة الـتعليـم الـعالـي و الـب

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة الـتعليـم الـعالـي و الـبحـث الـعلمـي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique DEPARTEMENT Hydraulique Urbaine MEMOIRE DE MASTER Pour l’obtention du diplôme de Master en Hydraulique OPTION : Alimentation en eau potable THEME : Présenté par : Mr : BOURAGBI Houssam DEVANT LES MEMBRES DU JURY Nom et Prénom Grade Qualité Mr S.BOUALEM Professeur Président Mr A.HACHEMI M.A.A Examinateur Mme W.MOKRANE M.A.A Examinatrice Mme L.TAFAT M.A.A Examinatrice Mme N.CHENITI M.A.A Promoteur Juin 2016 CONTRIBUTION A L'ETUDE DU PHENOMENE DU COUP DE BELIER Remerciement Je tiens tout d’abord à remercier en premier lieu mon encadreur, N.CHENITI , pour son soutien scientifique. Ses conseilles promulgués durant mon mémoire m’ont permis d’élargir mes horizons, Je remercie tous mes collègues de ENSH ainsi que tous les enseignants et les responsables. Enfin je tiens à remercier mes parents pour m’avoir appris à toujours aller au bout de mes idées, ainsi que mon frères, SEIF, mon ami seif., pour leurs soutiens sans faille, et surtout à ma mére pour m’avoir motivé quand la pente devenait raide. Je remercie également tous mes amis pour m’avoir soutenu et je cite ici Mr Bn dokhane seif dine. Dédicace Que ce travail témoigne de mes respects A mes parents Grâce à leurs tendres encouragements et leurs grands sacrifices, ils ont pu créer le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études. Aucune dédicace ne pourrait exprimer mon respect, ma considération et mes profonds sentiments envers eux. Je prie le bon Dieu de les bénir, de veiller sur eux, en espérant qu’ils seront toujours fiers de moi. A mes sœurs et mon frère Vous avez toujours été présents pour les bons conseils, Veuillez trouver dans ce modeste travail l’expression de mon affection. Je vous souhaite un avenir plein de joie, de bonheur, de réussite et de sérénité. Je vous exprime à travers ce travail mes sentiments de fraternité et d’amour. A tous mes amis Je ne peux trouver les mots justes et sincères pour vous exprimer mon affection et mes pensées, vous êtes pour moi des frères, sur qui je peux compter Résumé: Les changements du régime permanent d'écoulement d'un fluide dans une conduite, entraînent souvent des brusques variations des pressions et donnent naissance à ce qu’on appelle les écoulements transitoires en charge. Donc l'étude du phénomène des écoulements transitoires en charge vise à déterminer si la pression dans l'ensemble d'un système est à l'intérieur des limites prescrites, suite à une perturbation de l'écoulement. En définissant l’étendu d’une étude de coup de bélier, on prévoira l’examen des variations de vitesse ou de débit et de pression qui résultent de mauvaise opération du système, de son operation normale et des opérations d’urgence. Notre étude présente une modélisation numérique du phénomène des écoulements transitoires dans les conduites en charge à géométries complexe ou a sections variables. La méthode des caractéristiques est utilisée pour résoudre les équations de "Saint-Venant", qui sont composées d'un couple d'équations: l'équation de conservation de la masse (continuité) et l'équation de conservation de la quantité de mouvement (dynamique). Grâce au programme industriel AFT Impulse, nous avons obtenu des résultats numériques très intéressants et très pratiques, pour décrire le phénomène des écoulements transitoires dans les conduits en charge à sections variable Abstract: The changes of the steady flow of fluid in a pipe, often lead to sudden variations in pressure and give what is called the transient flows in closed conduit. So the study of the phenomenon of transient flows in charge is to determine whether the pressure in the entire system is within the prescribed due to a disruption of the flow limits. Defining the extent of a study of water hammer, it will include consideration of changes in speed or flow and pressure resulting from improper operation of the system, its normal operation and emergency operations. Our study presents a numerical modeling of the phenomenon of transient flows in pipes over complex geometries or variable sections. The method of characteristics is used to solve the equations of "Saint-Venant," which consist of a pair of equations: the equation of conservation of mass (continuity) and the equation of conservation of momentum (dynamic). Thanks to the industrial program AFT Impulse, we obtained very interesting and practical numerical results to describe the phenomenon of transient flows in ducts with variable sections . ملخص b SOMMAIRE Introduction générale. …………………………….…………………..01 Chapitre 1 : Description du phénomène transitoire I.1.Introduction……………………………………………………………..03 I.2. Types d’écoulement……………………………………………………..03 I.2.1. Ecoulement permanent …………………… ………………………....03 I.2.2. Ecoulement non permanent… ……………………………… ………...03 I.2.3. Ecoulement uniforme…………… …………………………………..03 I.2.4. Ecoulement non uniforme ………………… ………………………....04 I.2.5. Ecoulement transitoire ………………………………………………..04 I.3. Types d’ondes………………………… ……………………………...04 I.3.1. Ondes linéaires…………… …………………………………….…..04 I.3.2. Ondes non linéaires…………………………………………………..05 I.4. Phénomène du coup de bélier …………………………………………..05 I.4.1. Définition …………………………………………………………..05 I.4.2. Causes du coup de bélier ……………………………… …………….05 I.4.3. Risques dus aux coups de bélier …………………………… …………06 a. Cas de surpression……………………………………………………….06 b. Cas de dépression………………………………………………………..06 C. Fatigue de la canalisation ………………………………………………...06 I.5. Description des phénomènes physiques en jeu…….………………………06 I.5.1. Etat d’équilibre d’un système hydraulique ………………………… …..06 I.5.2. Onde élastique et oscillation en masse ………………………… ………07 I I.6. Valeur numérique du coup de bélier …………………………………..07 I.6.1. Manœuvres rapides. Formule de JOUKOWSKY ……………… ……..07 I.6.2. Le cas de la fermeture lente d’une vanne de sectionnement ……… ….....07 I.7. Processus de variation de la pression et de la vitesse dans une tuyauteri……...09 I.7.1. Cas d’arrêt brusque de la pompe ……………… ………………….....09 c I.7.2. Cas de L’arrêt brusque d’une vanne placée en aval d’une conduite …………12 I.8. Evolution des ondes de pression et de vitesse aux points caractéristiqu..……...12 I.9. Evolution des ondes de pression le long de la conduite ………………...………13 I.10. Conclusion ……………………………………………………….….13 Chapitre II : Modélisation mathématique II.1.Introduction ………………………………………………………...14 II.2. Equation de conservation de la masse ou équation de continuité …………...14 II.2.1. Equation de continuité ……………………………………………….14 II.2.2. Equation dynamique …………………………………………………18 II.3. 1. Analyse des paramètres ……………………………………………..21 II.3.2. type de conduites …………………………………………………...24 II.3.3. Relation entre la célérité et les propriétés de la conduite ………………...24 II.4. Equations simplifiées …………………………………………… .…..26 II.5. Conclusion ………………………………………………...…………31 Chapitre III : Méthodes numériques de résolution III.1. Introduction…………………………………………………………..33 III.2. Méthode des caractéristiques …… …………………..………….…...34 III.3. Conditions aux limit……………………………………………….…..41 III.3.1. Condition à la limite du réservoir ……………………………………..41 III.3.2. Condition à la limite de vitesse ………………………………...……..41 III.3.3. Pompe à vitesse constante ………………………………………... .41 III.4.1. Raccordement de deux conduites ……………………………………..42 III.4.2. Conduites en parallèles ……………………………………………....44 III.5. Conclusion …………………………………………………………...45 d Chapitre IV : Simulations numériques IV.1. Introduction ………………… ……………………………………...46 IV.2. Modélisation et calcul du coup de bélier dans les réseaux de canalisation par le logiciel AFT Impuls…………………………………………………….…46 IV.2.1. Description générale d’AFT Impulse ………………………………..46 IV.2.2. Caractéristiques D’AFT Impulse ……………………………………....47 IV.2.3. Composants modélisables par AFT Impulse …………………………….48 IV.3. Description détaillé d’AFT Impulse ……………………………………...49 IV.3.1. Principe de base du fonctionnement d’AFT Impulse ……………………..49 IV.3.2. Le solveur du régime stationnaire ou permanent ………………………..50 IV.3.3. Le solveur du régime transitoire ou non permanent ……………………..51 IV.3.4. Les fenêtres du logiciel AFT Impulse …………………………………..51 A) Les fenêtres d’entrées …………………………………………………...52 B) Les fenêtres de sorties …………………………………………………....52 IV.5.1. Modèle d’étude N°01 …………………………………………….…..53 IV.5.2. Les données du modèle …………………………………………..…...54 IV.6. Modèle d’étude N°01 ……………………………………….……….....67 IV.6.1. Fermeture lente de la vanne …..…………………………………........67 IV.6.2. Fermeture rapide de la vanne ………………………………………….68 IV.7. Interprétation ……………………..………………………………......69 IV.8. Conclusion …………………………………………………………...69 Conclusion générale ………………………………………………………..70 f Liste des figures Fig I.1. Fermeture lente d’une vanne de sectionnement ……………………..……..8 Fig.I.2. Les quatre étapes d’un cycle de variation de pression. …… ….…………..11 Fig I.3. Evolution de la pression et de la vitesse au cours du temps, aux points caractéristiques ……………………………………………………………………..12 Fig.II.1. Forces et contraintes radiales dans un tuyau ………………….................15 Fig.II.2. Déplacement d’un élément liquide. ………………………..……………..16 Fig.II.3. Théorème des quantités de mouvement……………………..…………….18 Fig.II.4. Forces exercées sur une tranche liquide. ………………………………….19 Fig.II.5. Paroi de la conduite. ………………………………………......................23 Fig.III.1. Schéma des caractéristiques ……………………………………………..37 Fig.III.2. Discrétisation de la conduite …………………………………………….40 Fig.III.3. Deux conduites en séries ………………………………….……………..43 Fig.III.4. Deux conduites en parallèles …………………………………...............44 Fig.IV.4.1. Variation de la hauteur au point médian de la conduite 1 …………….55 Fig.IV.4.2.Variation de la hauteur dans la conduite 1 au point d’intersection (branchement) ………………………………………………………………………55 Fig.IV.4.3. Variation de la hauteur au point médian de la conduite 2……………...56 Fig.IV.4.4.Variation de la hauteur dans la conduite 2 au point d’intersection (branchement) …………………………………………………………...................56 Fig.IV.4.5.Variation de la hauteur dans la conduite 3 au point d’intersection (branchement) ………………………………………………………………………56 Fig.IV.4.6. Variation de la hauteur dans la conduite 3 au point médian……………57 Fig.IV.4.7. Variation de la hauteur dans la conduite 3 à la vanne ….………….......57 Fig.IV.4.8. Variation de la hauteur dans la conduite 4 à la vanne ………………….57 Fig.IV.4.09. Variation de la hauteur dans le réservoir 3 ……………………………58 Fig.IV.4.10.Variation de la vitesse au point médian de la conduite 1………………58 Fig.IV.4.11.Variation de la vitesse dans la conduite 1au point d’intersection (branchement) ……………………………………………………………………….58 Fig.IV.4.12. Variation de la vitesse au point médian de la conduite 2………………59 g Fig.IV.4.13.Variation de la vitesse dans la conduite 2 au point d’intersection (branchement) …………………………………………………………...................59 Fig.IV.4.14.Variation de la vitesse dans la conduite 3au point d’intersection (branchement) ……………………………………………………………………….59 Fig.IV.4.15.Variation de la vitesse dans la conduite 3 au point médian……………………………………………………………….………………60 Fig.IV.4.16.Variation de la vitesse dans la conduite 3 à la vanne…..………………60 Fig.IV.4.17.Variation de la vitesse dans la conduite 4 à la vanne…………………..61 Fig.IV.4.18.Variation de la vitesse dans le réservoir 3……………………………...61 uploads/Geographie/ 6-0008-16-pdf.pdf