La mécanique des fluides des fluides est l'étude du comportement des fluides. Elle intervient dès que l'on veut mettre en mouvement / déplacer un liquide ou un gaz.
Caractéristique des fluides
En mécanique des fluides, deux caractéristiques des fluides sont importantes pour caractériser les écoulements : la masse volumique et la viscosité.
=> Masse volumique
=> Viscosité, rhéologie
Le fluide s'oppose à sa mise en mouvement par le biais des frottements qui s'exercent sur les parois du tube qui le contient, cette force de frottement s'exprime au travers de la viscosité caractéristique du produit.
La viscosité d'un milieu peut toutefois varier en fonction des contraintes qui lui sont appliquées (au repos ou mélangé par exemple) ; on a alors un fluide non-Newtonien. La rhéologie permet de caractériser ces comportements. Pour étudier la viscosité des fluides Newtoniens, on peut utiliser un viscosimètre à chute de bille par exemple. Pour les fluides plus complexe, l'usage d'un rhéomètre s'impose.
Caractérisation des régimes d'écoulement
Selon le débit (la vitesse du fluide) dans la canalisation et la nature du fluide, l'écoulement peut présenter des caractéristiques très différentes. Lorsque les lames de fluides se déplacent parallèlement sans se mélanger, on parle de régime laminaire. Inversement lorsque l'écoulement est composé de tourbillons, le régime est dit turbulent.
Régime laminaire
Débitmétrie
De nombreuses technologies permettent la mesure du débit. Certaines de ces technologies mettent en œuvre des organes déprimogènes (provoquant des chutes de pression). C'est le cas des mesures de débit utilisant un rétrécissement de la canalisation (Venturi, diaphragme). D'autres technologies sont aussi rencontrées : tube de Pitot, débitmètre à flotteur (rotamètre), ...
Manomètres à eau Tube de Pitot Maquette avec Venturi et Diaphragme Tube de Venturi Rotamètre
D'autres technologies font appel à des notions plus complexes, ainsi les débitmètres électromagnétiques exploitent les propriétés de conductivité électrique des corps liquides.
Pompes
L'appareil le plus utilisé pour déplacer des liquides est la pompe.
Les pompes présentent une caractéristique liée à leur technologie et aux conditions d'utilisation. Cette caractéristique relie la pression fournie par la pompe au débit qu'elle délivre.
Lorsqu'une pompe ne suffit pas pour assurer le débit ou la pression souhaités dans un réseau donné, on peut envisager de monter deux pompes en série ou en parallèle. Le couplage des pompes dans chacun des cas donne des caractéristiques différentes.
Robinetterie
Les obstacles, comme les coudes par exemple, produisent des pertes de charge. Toutefois, l'appareil qui permet de générer délibérément des pertes de charge, c'est bien le robinet. Le robinet modifie la perte de charge globale du réseau et donc influence le débit.
Plusieurs technologies de robinet sont rencontrées en fonction de l'usage souhaité (réglage ou isolement) et de la nature des produits véhiculés.
Pour caractériser un robinet de réglage, on regarde l'évolution du débit en fonction du pourcentage d'ouverture du robinet et le coefficient de débit (Cv, Kv).
Très fréquemment, les robinets sont assujettis à un servomécanisme qui permet leur manœuvre à distance ou de façon automatique. Les servomoteurs peuvent être électrique ou pneumatique.
Vide
Le vide est le domaine de pression en-dessous de la pression atmosphérique.
Il est parfois nécessaire d'abaisser la pression, "de faire le vide", dans les installations. Industriellement, les appareils les plus utilisés pour cela sont la pompe à anneau liquide et les éjecteurs de vapeur (principe Venturi).