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HYDRAULIQUE GÉNÉRALE HYD RAULI QUE GÉNÉRALE ~ EYROLLES Armando LENCASTRE Profts

HYDRAULIQUE GÉNÉRALE HYD RAULI QUE GÉNÉRALE ~ EYROLLES Armando LENCASTRE Proftsseur en hydraulique Université nouvelle - Lisbonne - Portugal Préfoce de Bernard SAUNIER Édition revue et augmentée è!> SAFEGE ÉDITIONS EYROLLES 61, Bld Saint-Germain 75240 Paris Cedex 05 Le code de la propriété intellectuelle du 1 el' juillet 1992 interdît en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique s'est généralisée notamment dans les étahlissements d'enseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possihilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd'hui menacée. En application de la loi du Il mars 1957, il est interdit de reproduire inté- gralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de l'Éditeur ou du Centre Français d'exploitation du droit de Copie, 3, rue Hautefeuille, 75006 Paris. © 1991, Armando Lencastre © 1996,Éditions Eyrolles Paris, pour l'édition en langue française, ISBN 2-212-01894-0 Avant-Propos Dans la première édition du Manuel d'hydraulique générale (1957), j'ai traduit les objectifs de cet ouvrage de la manière suivante : "Être bref sans omission, être concis sans être obscur, voilà la difficulté la plus grande à laquelle s'est heurtée la préparation de ce Manuel. Il a fallu, étant donné l'étendue des questions traitées, sélectionner, condenser et mettre en ordre. Le besoin d'être clair et de faciliter les applica- tions a imposé le détail et parfois la répétition." "Être clair, tout en restant concis, être riche en renseigne- ments, tout en restant bref, a donc été l'objet principal de l'auteur. C'est dans la mesure où il a réussi que réside la valeur de cet ouvrage, car, en vérité, il n1en a pas dl autre". Toutefois, je n'ai pas oublié ce que j'écrivais également dans l'avant- propos de la première édition du Manuel: "Un bon accueil à la présente édition incitera l'auteur et les éditeurs à entreprendre un ouvrage plus important, en complétant quelques chapitres et en introduisant de nou- velles questions ... " Voici donc, fruit d'un effort supplémentaire, ce nouveau livre, profon- dément remanié bien que les ventes du livre précédent fussent encore considérées par les éditeurs comme extraordinairement satisfaisantes. Depuis sa publication, il y a environ 26 ans, on a pu constater que ce manuel, non seulement était utilisé dans les cabinets d'études d'hydrau- liques et dans les classes pratiques des écoles (tel était son objectif initial), mais encore servait aux étudiants, d'une manière générale, comme livre de texte théorique et était considéré comme tel dans quelques écoles. C 1est pourquoi j'ai jugé opportun, dans le nouveau livre, sans perdre de vue les objectifs du premier, de donner un plus grand développement à la partie théorique, surtout dans le chapitre II : ''Principes généraux de l'hydraulique." Malgré tout, et vu la nécessité d'être bref, nous avons préfé- ré la clarté des concepts et l'approche physique des phénomènes à des déve- loppements mathématiques qui s'écarteraient des objectifs de ce livre. HYDRAULIQUE GÉNÉRALE Deux nouveaux chapitres ont été introduits : "Écoulement en milieux porew;" et ''Étude du régime transitoire en charge". Pour la préparation de cet ouvrage, nous avons pu compter sur l'aide de quelques collègues et collaborateurs de la société Hidroprojecto, ainsi que de ses équipes de dessin, de dactylographie et de photocopie. Août 1983. ARMANDO LENCASTRE PRÉFACE Lorsque Monsieur le Professeur LeI/castre m'a proposé d'assurer le parrail/age de la publication en langue française de la nouvelle version de SOli manuel d'Hydraulique générale, c'est avec plaisir que je lui ai dOl/né mon accord. La première édition du manuel d'iI)'drardiqr/e du Pr()fesseur Lencastre a accompagl/é plusieurs gél/érations d'ilydrauliciel/s de langue portugaise, espagnole et française. J'ai pu mesurer lors de mes nombreux contacts en Fmnce et de mes fréquents voyages li l'Étranger l'impact de cet ouvrage auprès des tecl/lliciens en exercice, et je suis cOI/vaincu que la révision de cet ouvrage répond li ul/e réelle attente. Au cours de ces dernières aI/fiées, j'ai moi-même eu le plaisir de cotoyer Monsieur le Professeur Lencastre dans sa fOl/ction de Présidel/t, puis d'Admil/istrateur de la société d'ingénieurs-conseils HlDROPROJECTO, société qu'il a fondée au Portugal il y a plus de vingt-cinq ans. J'ai pu alors mesurer l'étendue de sa CIllture tecilnique, voire de SOli érudition, dans ce vaste domaine de l'ilydrouliqrœ. Plus récemment. l'estime et l'amitié réciproque qui nm/s lient ont d'(/illeurs condrlir Monsieur Lencastre il nous confier la destil/ée de la société HlDROPRO.lECTO. afil/ de lui assurer la pérennité qu'elle mérite. L'évolution de la science de la mécanique des fluides et de l'hydraulique permet aujourd'hui de résoudre de manière l'fus précise de nombreux problèmes autr~fois traités par des méthodes empiriques. Toutefois, l'utilisation des nombreux graphes et tables inclus dans cet ouvrage continuera d'apporter des solutions rapides cl des problèmes complexes. Les ingénieurs, les techniciens. les étudiants trouveront ainsi dans ce manuel cl la fois l'approche fondamentale et les solutions graphiques qui leur permettront d'aborder les problèmes techniques qu'ils sont su.sceptibles de renCOlllrer. À cet égard. cet ouvrage constitue !me biille à laquelle ils pourrolll se référer et sur laquelle ils pourront s'appuyer. SAFEGE, leader français dans le métier d'ingénieurs-conseils en hydraulique urbaine, s'associe avec enthousiasme il la diffusion de cet ouvrage cn langue française. En le faisalll, nous avons le sentiment d'apporter Ilotre cOlllriblllioll il la propagation de la connaissance en hydraulique, et d'assumer ainsi notre part de responsabilité dalls l'élévation de la connaissance dans ce domaine ell France. Le 27 septembre 1995 Bernard SAUNIER Président~Directeur Général de SAFEGE TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE 1 - PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES LIQUIDES .................................... 25 A - Constantes physiques .. ........................ .................. .......................... 25 1.1 - Définition. 1.2 - Poids et masse. 1.3 - Systèmes d'unités. 1.4 - Système international d'unités - SI. 1.5 - Masse spécifique. 1.6 - Poids spécifique 'UJ. 1.7 - Densité. 1.8 - Coefficient de visco- sité dynamique. 1.9 - Coefficient de viscosité cinématique. 1.10 - Tension superficielle. Capillarité. 1.11 - Pression. 1.12 - Module d'élasticité VOlumique. 1.13 - Célérité des ondes élastiques. 1.14 - Solubilité des gaz dans l'eau. 1.15 - Tension de vapeur d'eau hv' B - Analyse dimensionnelle .................................................. "..... .......... 37 1.16 - Généralités. Paramètres géométriques. 1.17 - Principes de rhomogénéité. 1.18 - Théorème des 'TT ou de Vaschy-Buckîngham. 1.19 - Produits sans dimension d'usage courant en hydraulique. 1.20 - Exemple. Bibliographie. ... ..... ... .......... ........ ..... ...... ..... ...... ..... ... ........ ... ... .... ........ .... ... 44 CHAPITRE II - BASES TIIÉORIQUES DE L'HYDRAULIQUE.................................. 45 A - Cinématique. Types d'écoulement ................................................... 45 2.1 - Exposé du problème. 2.2 - Mouvement laminaire et mouve- ment turbulent. 2.3 - Trajectoire d'une particule. Variables de Lagrange. 2.4 - Variables d'Euler. Valeurs moyennes de la vitesse, dans le temps. 2.5 - Lignes de courant. 2.6 - Flux ou débit. Vitesse moyenne dans une section. 2.7 - Équation de continuité. 2.8 - Équa- tion d'état. 2.9 - Le vecteur accélération dV / dt. Régime variable ou permanent - régime unifonne et non-unllonne. 2.10 - Mouvement et déformation des liquides. 2.11 - Mouvements rotationnels et irrota- tionnels. B - Dynamique. Équation générale du mouvement .............. :......... ...... 59 2.12 - Position du problème. 2.13 - État de tension en un point: tenseur des pressions P ij ; pression hydrostatique p ; ten~ion vis- queuse Ti,ï 2.14 - Variation de l'état de tension. 2.15 - Equation générale de Navier-Stokes. 2.16 - Écoulements dans le champ de la gravité. 2.17 - Exemple. Équation de Poiseuille pour l'écoule- ment en tuyaux en régime laminaire. 2.18 - Régime turbulent. Longueur de mélange. 2.19 - Équations d'Euler au long de la tra- jectoire. 8 HYDRAULIQUE GÉNÉRALE ----------------- ------------- C - Énergie des écoulements. Théorème de Bernoulli 2.20 - Types d1énergie. 2.21 - Théorème de Bernoulli: énergie d'une particule le long de sa trajectoire. 2.22 - Ligne dl énergie et ligne piézométrique. 2.23 - Énergie ou charge dans une section d'écoulement. 2.24 - Application de l'équation de Bernoulli à un tube de courant. 2.25 - Énergie propre de la turbulence. 67 D - Quantité de mouvement. Théorème d'Euler .................................... 75 2.26 - Quantité de mouvement. 2.27 - Théorème dlEuler. 2.28 - Application du théorème dlEuler à un tube de courant (écoulement permanent). 2.29 - Application du théorème dlEuler à une conduite coudée. 2.30 - Exemple. E - Établissement du mouvement ............................... ... ..... .................. 80 2.31 - Début de l'écoulement. Couche limite. 2.32 - Décollement de l'écoulement. 2.33 ~ Résistance des corps immergés. Sustentation. F - Écoulements irrotationnels . .................................... ........................ 86 2.34 - Cas général. 2.35 - Écoulements dans l'espace. 2.36 - Le tourbillon. 2.37 - Écoulements plans; utilisation des fonctions à variable complexe. 2.38 - Écoulements plans. Utilisation de la représentation conforme. 2.39 - Transformation de Joukowski. 2.40 - Profil aérodynamique de Joukowsky. 2.41 - Écoulements plans. Méthode graphique. Bibliographie ............................................................................................. 103 CHAPITRE III - HYDROSTATIQUE ......................................................................... 105 3.1 - Équations fondamentales. Fluide en repos soumis unique- ment à l'action de la gravité. 3.2 - Distribution des pressions. 3.3 - Résultante des pressions sur des surfaces planes. 3.4 - Exemples. 3.5 uploads/Litterature/ hydraulique-generale-lencastre.pdf