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GABRIEL TATU HYDRAULIQUE I COURS ET APPLICATIONS AVANT PROPOS Cet ouvrage couvr

GABRIEL TATU HYDRAULIQUE I COURS ET APPLICATIONS AVANT PROPOS Cet ouvrage couvre, d’abord, les chapitres de la mécanique des fluides et de l’hydraulique qui présentent les notions fondamentales pour le calcul des systèmes hydrauliques: l’hydrostatique et les loi générales de l’hydrodynamique. On apprend ainsi comment on calcule les paramètres essentiels qui caractérisent les systèmes hydrauliques, soit sous pression, soit à surface libre: les pressions et les forces de pression, les pertes de charge, les vitesses et les débits. On apprend aussi comment on applique, d’une manière correcte, les lois de l’hydraulique: loi de la continuité, loi de Bernoulli, théorème des quantités de mouvement. L’ouvrage couvre aussi le calcul des systèmes hydrauliques sous pression. Ensemble avec le cours « Hydraulique II », qui contient l’écoulement à surface libre, les turbopompes et l’hydraulique souterraine, ce cours assure l’acquisition des habilités complètes nécessaires pour le calcul de toute sorte de système hydraulique rencontré dans les projets, à savoir: adductions d’eau et réseaux de distribution urbains; réseaux de distribution d’eau brute à usage industriel ou agricole (irrigation); conduites de refoulement et stations de pompage; l’utilisation de l’eau des nappes souterraines et la protection des ouvrages hydrotechniques contre les effets négatives des phénomènes d’infiltration ou de filtration. Le cours est destiné aux étudiants du Département d’Ingénierie Civile – langue française, de l’Université Technique de Génie Civil de Bucarest; ensemble avec « Hydraulique II », le programme analytique du cours de « Mécanique des Fluides » est, maintenant, complètement couvert. L’auteur a essayé d’écrire un cours à la fois moderne et attractif, partant de l’idée que la compréhension profonde de la mécanique en général est une condition essentielle pour la formation d’un bon futur ingénieur constructeur: les notions et les lois sont présentés dans une succession logique, partant toujours de l’idée que la mécanique des fluides n’est pas autre chose que de la mécanique (générale) appliquée dans un cas particulier: le corps fluide; en même temps, à toute occasion, on « presse » sur l’utilité pratique des différentes notions, lois ou calculs, ayant comme but final l’efficacité de l’ouvrage (du projet) dans son ensemble. D’autre part, étant donné le développement des ordinateurs et leur avenir incontestable, pour la solution des applications on a préféré les méthodes numériques à la place de ceux classiques (méthode des différences finies, méthode des essayes successives, des itérations etc.), les mêmes qui ont été adopté aussi dans « l’Hydraulique II » et qui s’appliquent dans les codes des ordinateurs. Tenant compte de tous ces aspects, l’auteur espère que son ouvrage sera utile et intéressant aussi pour les étudiants des départements en langues roumaine et anglaise ainsi que aux ingénieurs pratiquants connaisseurs de la langue française. A la fois, étant conscient de ses limites, l’auteur sera reconnaissant pour toute critique ou suggestion menant à l’amélioration de son ouvrage. SOMMAIRE Page PREMIÈRE PARTIE - THÉORIE 1 1. ANALYSE DIMENSIONELLE ET PROPRIETÉS DES FLUIDES 2 Analyse dimensionnelle. 3 Modélisation hydraulique et similitude. 4 Propriétés (fluidité, viscosité, compressibilité). 6 2.HYDROSTATIQUE 8 Pression. Diagramme de pression. Échelles pour la mesure de pressions. 9 Loi générale de l’hydrostatique. 11 Forces de pression. 14 Loi d’Archimède. Flottaison. 17 3. LOIS GÉNERALES DE L’HYDRODYNAMIQUE 20 Classifications et définitions. 21 Loi de la continuité. 24 Loi de Bernoulli. Lignes caractéristiques. 28 Théorème de l’impulsion. 33 Pertes de charge. 35 Pertes de charge linéaires. 36 Pertes de charge locales. Formule de Borda-Carnot. 45 4. CALCUL DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES SOUS PRESSION 52 Modèle des conduites courtes. 54 Modèle des conduites longues. Méthode des longueurs équivalentes. 56 Conduites en série. 56 Conduites en parallèle. 57 Systèmes très courtes: orifices et ajoutages (tuyères). 58 Conduite à débit reparti. 59 Réseaux de distribution. 61 Bibliographie 62 DEUXIÈME PARTIE - APPLICATIONS 63 1. ANALYSE DIMENSIONELLE ET PROPRIETÉS DES FLUIDES 64 Application 1.1. – Analyse dimensionelle – formules dimensionnelles. 64 Application 1.2. - Analyse dimensionelle – theoreme de Buckingham. 64 Application 1.3. – Viscosité. 65 Application 1.4. – Incompatibilité entre les criteres Froude et Reynolds. 68 Application 1.5. – Compressibilité et dilatation. 70 2. HYDROSTATIQUE 72 Application 2.1. – Application de la loi générale de l’hydrostatique. 72 Application 2.2. – Calcul des forces de pression. 74 Application 2.3. – Flottaison des corps. 81 3. LOIS GÉNERALES DE L’HYDRODYNAMIQUE 84 Application 3.1. – Le “venturimètre” et le débitmètre à diaphragme – application de la loi de Bernoulli. 84 Application 3.2. – La turbine « à action » (turbine Pelton). - application du théorème des impulsions. 88 Application 3.3. – L’action du fluide sur une piese de ramification - application du théorème des impulsions. 90 4. CALCUL DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES SOUS PRESSION 94 Application 4.1. - Problème combiné: ajoutages, vidange des réservoirs (écoulement non-permenent). 94 Application 4.2.- Problème combiné: conduites longues, orrifices, remplissement des réservoirs (écoulement non-permenent). 96 Application 4.3.- Calcul des conduites « courtes ». 101 Bibliographie 105 PREMIÈRE PARTIE - THÉORIE - 1. ANALYSE DIMENSIONELLE ET PROPRIETÉS DES FLUIDES Les propriétés des fluides (et, en général, des tous les corps) sont décrites par les grandeurs physiques. Une grandeur physique réfléchit, à la fois de point de vue quantitatif et qualitatif, un aspect (une propriété) du phénomène étudié. Formellement, la « quantité » est désignée par la grandeur mathématique ou le nombre et la « qualité », par l’unité de mesure. L’unité de mesure est définie par des moyens bien établis et la grandeur mathématique ou le nombre résulte d’un procès de mesure. Alors, symboliquement, une grandeur physique s’exprime de la manière suivante: grandeur physique = grandeur mathématique (nombre) . unité de mesure Dans les pages suivantes, on va utiliser des lettres en minuscule pour les grandeurs physiques, des lettres en majuscule pour les grandeurs mathématiques et des lettres en minuscule entre parenthèses carrées pour les unités de mesure. Par exemple, pour un diamètre: d=D.[d]=800 mm (le nombre D=800 est le résultat d’une opération de mesure et l’unité de mesure [d]=mm a été défini auparavant). L’opération de mesure représente une division entre deux grandeurs physiques, la grandeur physique en cause et l’unité de mesure correspondante: ] [d d D = On peut étendre l’opération de mesure, remplaçant l’unité de mesure prédéfinie par une grandeur physique ou une combinaison monôme des plusieurs grandeurs physiques incluses dans le même phénomène. On arrive, de cette manière, à la notion de complexe adimensionnel ou critère. Par exemple: h b b = π représente le complexe adimensionnel de la largeur b d’une chambre, prenant comme unité de mesure l’hauteur h de la même chambre. En général, ... . . 3 2 1 3 2 1 e e e g a a a g = π où: πg représente le complexe adimensionnel de la grandeur physique g ; a1, a2, a3, … représentent des autres grandeurs physiques du même phénomène; e1, e2 ,e3, … représentent des exposants déterminés de la condition que le monôme soit adimensionnel. L’addition / soustraction des deux grandeurs physiques peut être réduite à l’addition / soustraction des deux grandeurs mathématiques correspondantes seulement si elles ont les mêmes unités de mesure: [ ] [ ] [ ] [ ] ( )[ ] x X X x X x X x X x X x x 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 ± = ± = ± = ± La multiplication (division) des deux grandeurs physiques conduit à une grandeur physique nouvelle, dont l’unité de mesure résulte par la multiplication (division) des unités de mesure des deux: [ ] [ ] [ ][ ] 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 x x X X x X x X x x ⋅ = ⋅ = ⋅ La nouvelle grandeur physique sera x=x1.x2, ayant la valeur (grandeur mathématique) X=X1.X2 et l’unité de mesure [x]=[x1].[x2]. La dernière relation (entre les unités de mesure) s’appelle relation dimensionnelle. Toute sorte de relation entre des grandeurs mathématiques (addition, soustraction, multiplication, division etc.) s’appelle relation mathématique. Les relations entre plusieurs grandeurs physiques s’appellent relations physiques. Les relations physiques réfléchissent, formellement, des lois physiques, c'est-à-dire des dépendances objectives (indépendantes de la volonté humaine) entre les grandeurs physiques. Il y a un grand nombre de lois physiques mais ce sont seulement celles qui sont connues en ce moment et il reste une infinité de lois qui seront découvertes en avenir. Les lois physiques de forme monôme, conformément à la propriété ci-dessus (de la multiplication), conduisent à de relations dimensionnelles. Une part de ces relations peut être utilisée pour concevoir des systèmes cohérents d’unités de mesure dans lesquels un nombre limité d’unités est défini arbitrairement et tous les autres ont des unités établies à l’aide des relations dimensionnelles, choisies d’une façon arbitraire aussi; les dernières s’appellent des unités dérivées. L’arbitraire de cette sélection, permet théoriquement la conception de plusieurs systèmes cohérents d’unités de mesure. Le long du temps, plusieurs tels systèmes ont été utilisé (CGS-cm,g,s, MKS-m,kg,s, MKfS- m,kgf,s, après les unités fondamentales utilisées). Par des accords internationaux, on essaye d’arriver à un standard commun et d’imposer le système SI (système international) mais il reste quant même le système anglo- saxon qui est encore largement uploads/Sante/ hydraulique-i-final-o-coloana.pdf