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Support de cours de : Réseaux hydrauliques Support de cours de : Support de cou

Support de cours de : Réseaux hydrauliques Support de cours de : Support de cours de : R Ré éseaux hydrauliques seaux hydrauliques Pr Pré ésent senté é par : Dr. par : Dr. Issam Issam NOUIRI NOUIRI 2ème année HAR Institut National Agronomique de Tunisie 2 Sommaire • Chapitre 1. Introduction, • Chapitre 2. Rappels d’hydraulique (4 heures): • Hydrostatique et Hydraulique en charge, • Composantes d’un réseau hydraulique, • Chapitre 3. Modélisation des réseaux hydrauliques (4 heures), • Chapitre 4. Modélisation par EPANET (2 heures), 3 Chapitre 1 Introduction sur les réseaux hydrauliques 4 Définition : Un réseau hydraulique est un ensemble cohérent de sources d’eau (réservoirs) et d’équipements hydrauliques, de canaux et/ou conduites de transfert, de distribution et de branchement, de points de livraison et de tous les appareils de régulation nécessaires. Un réseau hydraulique permet de transférer l’eau depuis les points de puisage (sources) jusqu’aux points d’utilisation (AEP et irrigation) ou inversement (Assainissement) 5 Dynamique du réseau : Un réseau hydraulique est soumis en permanence à des modifications : – Mode de fonctionnement (évolution des besoins, évolution des caractéristiques des équipements), – Extension du réseau, – La réhabilitation du réseau (Changement ou dédoublement des conduites), et – Interconnexion de réseaux initialement indépendants. Gestion des réseaux : Constitue une charge importante et permanente que le gestionnaire projète de réduire : – Achat d’eau brute, – Frais de traitement, – Frais de pompage, – Frais de la désinfection, et – Frais d’entretien des réseaux. 6 Composantes d’un réseau hydraulique (AEP et irrigation): – Sources d’eau (Stations de traitement, réservoirs, stations de pompage ou une connexion avec avec un autre réseau), – Réseau de transfert (Entre les sources et les réservoirs de mise en charge des Rx de Distribution), – Réservoirs de mise en charge des réseaux de distribution, – Réseaux de distribution, formés de : • Conduites (de différentes natures et diamètres), • Robinets vannes (de différents diamètres), • Points de consommation (Foyer domestiques ou bornes d’irrigation), • Pompes (points de consommation vers d’autres réseaux) • Réducteurs de pression, • Compteurs d’eau, et • Des vidanges et des ventouses. 7 Source d’eau S. Traitement Réseau de distribution Réseau de distribution Réseau de distribution Schéma d’un réseau d’AEP Réservoir Réseau de transfert 8 Types de réseaux hydrauliques Réseau maillé Réseau ramifié 9 Avantage des réseaux hydrauliques maillés Casse de conduite Abonnés sans eau Abonnés sans eau Réseau maillé Réseau ramifié 10 Chapitre 2 Rappels d’hydraulique 11 A. Hydrostatique 12 1. Équations fondamentales. Un fluide au repos est soumis uniquement à l’action de la gravité : Un liquide au repos se comporte comme un fluide parfait. L’équation fondamentale de l’hydrostatique s’écrit : Cte g p z = × + ρ h Plan de référence z A B 13 2. Distribution des pressions dans une masse liquide : dans le cas de fluides incompressibles on a : ρ = cte et g ≈cte, Il est démontré que : • Les surfaces isobares, c’est à dire d’égale pression, sont des plans horizontaux. En effet, pour (ϖ = ρ x g) = constante, et (P/ϖ) = cte, on a : z = cte. • La différence de pression (pA – pB), entre deux points quelconques d’un liquide en repos, ne dépend que de la différence de côte entre les points, et du poids spécifique du liquide. On a alors : pA – pB = ϖ . (zB – zA) • Les surfaces de séparation de liquides non miscibles sont des plans horizontaux, car les surfaces isobares sont des surfaces d’égales densités. • Dans un liquide en équilibre, les variations de pression se transmettent intégralement à tous les points de la masse liquide : Le principe de Pascal. Si en un point quelconque « A », la pression subit une variation « Δ pA », la variation correspondante en un point « B » sera telle que : (pA + Δ pA ) - (pB + Δ pB ) = ϖ . (zB – zA) D’où on aura : Δ pA = Δ pB 14 PA = ρ x g x hA Avec hA = h - zA PB= ρ x g x hB Avec hB = h – zB Unité de la pression : Pascal (Pa)= N/m² bar = 105 Pa En hydraulique, la pression est généralement exprimée en « mètre de colonne d’eau: m.c.e »: h (m. c. e.) = P(Pa)/ρg(N/m3) Δh hB Plan de référence z A B h hA 15 ρgH ρghi H hi Un liquide homogène Exemple : ρ = 1000 kg/m3, g = 10 m/s², hi = 1 m et hj = 10 m Pi = 1000 x 10 x 1 = 104 Pa = 0,1 bar, Pj = 1000 x 10 x 10 = 105 Pa = 1 bar. 16 Plusieurs liquides homogènes non miscibles dans le même réservoir ρ1 ρ2 ρ3 h1 h2 h3 ρ1gh1 ρ1gh1 + ρ2gh2 ρ1gh1 + ρ2gh2 + ρ3gh3 Exercices : 1. Calculer la pression en (Pa) et en (bar) à une profondeur de 6 m au dessous de la surface libre d’une masse d’eau (g = 9,807 m/s²), 2. Déterminer la pression en (bar) à une profondeur de 9 m dans une huile de pétrole de densité 0,750, 3. Quelle est la profondeur d’huile de pétrole de densité 0,750 qui produit une pression de 2,75 bar ? Quelle est la profondeur d’eau qui produit la même pression ? 17 H Niveau statique 3. Distribution de la pression dans une installation hydraulique Réservoir 18 4. Résultante des pressions sur des surfaces planes : Une surface plane quelconque, horizontale, verticale ou inclinée, est soumise sur chaque face à une résultante des pressions élémentaires que l’on désigne par « Poussée totale », normale à la surface et dont la valeur est : I = ρ. g . h . S = p . S Où « S » est l’aire de la surface ; « h » est la distance de son centre de gravité à la surface libre, mesurée à la verticale. I h S 19 B. Hydrodynamique 20 A – Cinématique – types d’écoulements : 1. Définitions : • Si le liquide s’écoule en contact de l’atmosphère, on dit qu’il y a écoulement à surface libre (cas des canaux), • Si l’écoulement s’opère dans un tuyau fermé, occupant toute la section, on dit qu’il y a écoulement en charge (cas des conduites) Par rapport à la variable temps : • Si les caractéristiques de l’écoulement (vitesse) en chaque point sont indépendantes du temps, on a un régime permanent. Ces caractéristiques peuvent varier d’une section à une autre. • Dans le cas contraire, on a un régime variable, • Si la grandeur et la direction de la vitesse ne changent pas d’un point à un autre du fluides, l’écoulement est dit uniforme. 21 Mouvement laminaire et mouvement turbulent : • Mouvement laminaire (ou visqueux) : chaque particule décrit une trajectoire bien définie et est animée d’une vitesse uniquement dans le sens de l’écoulement. • Mouvement turbulent : chaque particule, outre la vitesse dans le sens de l’écoulement, est animée d’un mouvement d’agitation avec des vitesses transversales à l’écoulement. La turbulence est essentiellement provoquée par la viscosité. 22 Trajectoire d’une particule : Le lieu géométrique des positions successives occupées par une particule au cours du temps. Le déplacement « dp » d’une particule dans l’intervalle de temps « dt » est exprimé en fonction de la vitesse « v » par l’équation : dp = v . dt Lignes de courant : Des lignes imaginaires tracées dans le liquide pour indiquer la direction du mouvement en différentes sections du parcours. Tube de courant : Représente une partie élémentaire du fluide en mouvement limitée par des lignes de courant. 23 Valeur moyenne de la vitesse dans le temps : Pour déterminer la valeur moyenne de la vitesse en un point « p » d’un écoulement, il faut effectuer la mesure pendant une période de temps « t » (10 – 15 mn) : V = v(p, t) Valeur moyenne de la vitesse dans une section (U): 24 Flux – vitesse moyenne dans une section (Q) : Le flux à travers une surface « S », de vecteur unitaire normal « n » situé dans un champ de vitesse « v » est donné par : Q = ∫s v.n dS Le débit est donc le volume du liquide écoulé à travers la surface « S » dans l’unité de temps. La valeur moyenne spatiale des vitesses moyennes temporelles aux différents points d’une section est appelée vitesse moyenne « U » dans cette section : U = (1/S) ∫s v.n dS et Q = U.S n v S Q 25 2. Équation de continuité : L’équation de continuité résulte du principe de conservation de la masse pour un écoulement permanent. La masse de fluide traversant toutes les sections droites d’un tube de courant par unité de temps est la même. L’équation de continuité appliquée à un tube de courant, limité par les sections droites « S1 uploads/Ingenierie_Lourd/ hydraulique.pdf