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ETUDE DES PERTES DE CHARGES ANNEE UNIVERSITAIRE: 2021-2022 Compte Rendu TP Hydr

ETUDE DES PERTES DE CHARGES ANNEE UNIVERSITAIRE: 2021-2022 Compte Rendu TP Hydraulique appliqué 3ème année Génie Civil, Bâtiments et travaux publics Sous le thème Réalisé par : NZANG Encadré par : Tuteur de l’école : Pr. Ahlam ELMAJID 1 RÉSUMÉ Réparti en trois manipulations, notre TP avait pour objectif la détermination des pertes de charge lors de l’écoulement d’un fluide dans une conduite. En effet deux manipulations dont l’objectif commun était de déterminer les pertes de charges linéaires lors de l’écoulement d’un fluide suivant un régime turbulent et laminaire, tandis que l’autre manipulation a été réalisé afin de déterminer les pertes de charges singulières lors de l’écoulement d’un fluide dans une conduite. 2 Tables des matières Résumé ……………………………………………………………………… 2 Introduction Générale ………………………………………………………..6 I. Pertes de charge Linéaire 1- Introduction………………………………………………………………7 2- Théorie des pertes de charge linéaires……………………………………8 3- Mode opératoire et matériels…………………………………………….8 4- Résultats et calculs ….……………………………………………………9 5- Conclusion………………………………………………………………..11 II. Pertes de charge Singulières 1- Introduction……………………………………………………………….13 2- Théries des pertes des charges singulières ……………………………….13 3- Mode opératoire et matériels …………..………………………………...14 4- Résultats, calculs et interpretations…………..….……………………….16 5- Conclusion ……………………………………………………………….18 Conclusion Générale…………………………………………………………18 3 Tables des figures Figure 1 : Appareil FME-07………………………………………………………...9 Figure 2 : Eprouvette graduée………………………………………………………9 Figure 3 : Chronomètre ……………………………………………………….........9 Figure 4 : Courbe des pertes de charges Linéaires régime Laminaire……….…….11 Figure 5 : Courbe des pertes de charges Linéaires régime turbulent...……….........12 Figure 6 : Diagramme de Moody .………………………………………………...14 Figure 7 : Appareil FME-05……………………………………………………....15 Figure 8 : Bécher graduée………………………………………………………….15 Figure 9 : Chronomètre ……………………………………………………………15 Figure 10 : Courbes des pertes de charges singulières…………………………….17 4 Tables des tableaux Tableau 1 : Résultats régime laminaire…………..……………………………………9 Tableau 2 : Résultats régime turbulent…………………….………………………….10 Tableau 3 : Résultats des calculs régime laminaire …………………………………..11 Tableau 4 : Résultats des calculs régime turbulent…………..……………………….12 Tableau 5 : Valeurs du Ks …………………………...……………………………….13 Tableau 6 : Résultats pertes de charges singulières …………………...……………..15 Tableau 7 : Résultats pertes de charges singulières sections élargies ……….………16 Tableau 8 : Résultats pertes de charges singulières coudes ………………………….17 5 INTRODUCTION GENERALE L'hydraulique (du grec : ὑδραυλικός / hydraulikos) de la racine ὕδωρ (hydor, grec pour l'eau) et αὐλός (aulos, c'est-à-dire tuyau) est une technologie et une science appliquée ayant pour objet d'étude les propriétés mécaniques des liquides et des fluides. La mécanique des fluides est une science fondamentale qui constitue la base théorique de l'hydraulique. L'ingénierie a recours à l'hydraulique pour la génération, le contrôle et la transmission de puissance par l'utilisation de liquides sous pression. Les sujets d'étude de l'hydraulique couvrent des questions scientifiques et des problématiques d'ingénierie. L’ingénierie hydraulique s’intéresse aux concepts de débit dans des tuyaux, à la conception de barrages, à la micro-fluidique et aux pompes. Les principes de l'hydraulique sont utilisés également en biologie dans le corps humain par exemple le système cardiovasculaire2. L'hydraulique à surface libre est la branche de l'hydraulique étudiant les débits des écoulement à surface libres, comme les rivières, les canaux, les lacs, les estuaires et les mers. Anciennement, l'hydraulique désignait la science qui enseigne à mesurer, à diriger et à élever les eaux. Les machines hydrauliques désignaient principalement les pompes employées à cet effet. L'hydraulique était alors du ressort du fontainier et de ses ouvriers spécialisés : les pompiers, spécialisés dans la fabrication et l'entretien des pompes, et les plombiers, spécialisés dans le façonnage du plomb3. Louis Vicat lui donnera une signification supplémentaire, l'hydraulicité désignant la qualité des mortiers, plâtres, chaux et ciments pouvant faire prise sous eau. Le mot hydraulique désigne de nos jours deux domaines différents :  les sciences et les technologies de l'eau naturelle et de ses usages : hydrologie, hydraulique urbaine, hydrogéologie, etc. (voir le Portail Eau) ;  les sciences et les technologies de l'usage industriel des liquides sous pression : hydrostatique et hydromécanique, oléohydraulique, moteur hydraulique, pompe oléo hydraulique, presse hydraulique, machine hydraulique, etc. Les champs d'études qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :  les machines hydrauliques (voir hydromécanique et oléo hydraulique) ;  les écoulements de fluides incompressibles en conduite ou à surface libre ;  l'énergie hydraulique ;  l'hydraulique urbaine ;  l'hydraulique fluviale ;  l'hydraulique en charge ;  les canaux. Un réseau hydraulique est typiquement composé de :  réservoir ;  filtres ;  pompes ;  limiteur de pression (aussi appelé détendeur) etc... 6 PERTES DE CHARGES LINEAIRES I. INTRODUCTION Dans l’optique de déterminer à l’aide d’un dispositif expérimental les pertes de charge de l’écoulement d’un fluide dans une conduite, le TP se déroulera en six essaies par manipulations. Premièrement on effectuera les essaies dans un régime Laminaire et ensuite dans un régime turbulent. Avec une conduite possédant les caractéristiques suivantes :  Longueur : 50cm  Diamètre : 4mm II. THEORIE DES PERTES DES CHARGES Lorsque l'on est en présence de frottements, le théorème de Bernoulli ne s'applique plus et la charge n'est plus constante dans le circuit. On parle alors de perte de charge. Pour les fluides incompressibles, on utilise alors le théorème de Bernoulli généralisé, incluant un terme de perte de charge, qui s'écrit : v1 2 2g +z1+ P1 ρg = v2 2 2g +z2+ P2 ρg +∆H Avec :  v : vitesse du fluide (m/s)  g: accélération de la pesanteur (m s−2)  Z : Altitude (m)  P : Pression (Pa)  ρ : masse volumique du fluide (kg m−3)  ∆H : Perte de charge (m) Dans le cas d'un fluide incompressible, si la section du tuyau est constante, alors la vitesse est également constante. L'altitude z étant imposée par l'installation de la canalisation, on voit que la perte de charge se traduit par une diminution de pression. Une relation plus générale s'écrira : v1 2 2g +z1+ P1 ρg = v2 2 2g +z2+ P2 ρg + ∆P ρg où : ∆P=ρ∗g∗∆H 7 Les pertes de charge régulières sont générées par le frottement du fluide sur la paroi interne de la conduite tout au long de son passage. Elles dépendent de :  la longueur de la conduite (L en mètre) ;  la rugosité relative de la conduite ;  la vitesse du fluide en circulation dans la canalisation (V en m/s). Elles sont déterminées par la relation suivante s’agissant d’un bilan de hauteur : ∆H Lth= λ∗v 2 2∗g ∗L D S’agissant d’un bilan de pression : ∆PL= λ∗ρ∗v 2 2 ∗L D (Formule de Darcy-Weisbach) Avec : λ : le coefficient de perte de charge sans unité La formule pour le déterminer diffère en fonction du régime d’écoulement. Pour un écoulement dans un régime laminaire ; la formule pour déterminer le coefficient de perte de charge est la suivante : λ=64 ℜ Avec :  Re : le nombre de Reynolds sans unité (Re<2000 : régime laminaire)  ℜ=D∗V v ou ℜ= ρ∗D∗V μ  D: le diamètre de la conduite  v: la viscosité cinématique du fluide (m 2/s)  μ : la viscosité dynamique du fluide (Pa.s) Pour un écoulement dans un régime turbulent, la formule est la suivante : Turbulent lisse (2000<Re< 10 5)  λ=0.316 ℜ 0.25 Turbulent rugueux (Re<10 5)  1 √λ =−2∗log( 2.51 ℜ∗√λ + ε D∗3.71)  ε : la rugosité 8 III. MODE OPERATOIRE ET MATERIELS Le principe de l’essai et son mode opératoire est simple, pour ce faire il suffit de suivre les étapes suivantes :  Mettre en marche l’appareil, puis le régler en mode laminaire ou turbulent  Ouvrir la conduite la mettre à son débit maximal, ensuite faire varier légèrement ce débit pendant cinq essais.  A l’aide du tuyau qui permet l’évacuation du fluide, remplir l’éprouvette gradué a un volume quelconque tout en démarrant le chronomètre au moment où l’on commencera à remplir l’éprouvette et l’arrêter au moment où on arrêtera le remplissage de l’éprouvette Pour la réalisation de cet essai nous avons utilisé le matériel suivant : Figure 1 : Appareil FME-07 Figure 2 : éprouvette gradué Figure 3 : Chronomètre IV. RESULTATS, CALCULS ET INTERPRETATIONS Après avoir réalisé tous nos essaies régime laminaire et Turbulent confondu, nous avons obtenus les résultats suivants : Régime laminaire : Essai Volume (ml) Temps (s) Hauteur (mm) H 1 H 2 1 24 2.35 260 472 2 26 2.98 262 470 3 26 3.10 271 462 4 30 3.55 284 452 5 22 3.28 310 492 6 18 3.48 346 402 Tableau 1 : Résultats régime laminaire 9 Régime Turbulent : Essai Volume (ml) Temps (s) Pression (bar) P1 P2 1 86 2.02 1.1 1.4 2 72 1.94 1.15 1.42 3 98 2.72 1.9 1.5 4 78 2.65 1.55 1.65 5 56 3.55 1.95 1.85 6 10 10.57 1.97 1.92 Tableau 2 : Résultats régime Turbulent Pour calculer le débit, la vitesse et le nombre de Reynolds nous avons utilisé les relations suivantes :  Q = v T  V = Q s = 4∗Q π∗D 2  Re = D∗V υ  ∆H expi→j=H j−H i Avec : - v : volume en litre ; - T : le temps en seconde ; - S : la surface de l’issue de la conduite en m uploads/Ingenierie_Lourd/ page-de-garde-tp-rdm-ii-30-emsi-recuperation-automatique.pdf