Hydraulique unidimensionnelle. 1 , Analyse dimensionnelle et similitude, généralités sur les écoulements unidimensionnels, écoulements en charge, écoulements à surface libre

Auteur(s) :

Pernès, Pierre (1943-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Exercices et solutions sont proposés afin de faciliter la compréhension et l'assimilation des phénomènes présentés.

Éditeur(s)
- CEMAGREF éd.
- ENGEES
Date
- 2004
Notes
- Bibliogr.
- ENGEES = École nationale du génie de l'eau et de l'environnement de Strasbourg
Langues
- Français
Description matérielle
- 469 p. : ill., couv. ill. en coul. ; 28 cm
Sujet(s)
- Hydrodynamique
- Hydraulique
ISBN
- 2-85362-614-8
Indice
- 621.22 Énergie hydraulique, machines hydrauliques
Quatrième de couverture
- Les réseaux hydrauliques présentent, sur une grande partie de leur étendue, la propriété de pouvoir être considérés comme étant spatialement unidimensionnels. C'est donc à l'étude des écoulements unidimensionnels, encore appelés parfois filaires, en charge et à surface libre, que ce livre s'attache.
  L'expérimentation tient ici une place très importante et c'est la raison pour laquelle le premier chapitre est consacré à l'analyse dimensionnelle et à la similitude. Le deuxième chapitre consacré aux généralités sur les écoulements unidimensionnels définit les entités physiques globales de l'hydraulique. Le troisième chapitre est consacré aux écoulements en charge dans des canalisations cylindriques. Enfin, le dernier chapitre est consacré aux écoulements à surface libre.
  Plusieurs exercices et problèmes accompagnés de leurs solutions détaillées sont proposés afin de faciliter la compréhension et l'assimilation des phénomènes présentés.
  Savoir construire un plan d'expérience efficace pour mieux connaître un phénomène que le raisonnement théorique ne permet pas d'aborder, reste pour l'auteur la discipline la plus importante à enseigner à un ingénieur.
Tables des matières
- - Hydraulique unidimensionnelle
  - Partie 1
  - Pierre Pernès
  - Cemagref éditions
  - 1 Analyse dimensionnelle et similitude 1
  - 1.1. Introduction1
  - 1.2. Entités physiques2
  - 1.3. Unités de base et unités secondaires, système d'unités cohérent4
  - 1.4. Équation aux dimensions d'une entité physique6
  - 1.5. Application des équations aux dimensions aux changements des unités de mesure9
  - 1.6. Forme générale des entités physiques faisant l'objet de la mécanique des liquides et de l'hydraulique11
  - 1.7. Entités physiques possédant des équations aux dimensions indépendantes12
  - 1.8. Démonstration abrégée du théorème de Vaschy-Buckingham ou théorème Pi14
  - 1.9. Application : détermination de la célérité des ondes dans une canalisation en charge20
  - 1.10. Application : détermination de la célérité des ondes sur la surface libre d'un liquide au contact avec la pression atmosphérique22
  - 1.11. Application : vitesse d'une goutte d'eau sphérique tombant dans l'air sans vitesse initiale23
  - 1.12. Détermination des principaux nombres adimensionnels rencontrés en mécanique des liquides26
  - 1.13. Détermination des principaux nombres adimensionnels rencontrés dans l'étude des phénomènes thermiques liés aux écoulements des liquides newtoniens29
  - 1.14. Mise sous forme adimensionnelle de l'équation de la conservation de la masse et de la loi locale de la MMCD pour un liquide newtonien incompressible en écoulement laminaire31
  - 1.15. Mise sous forme adimensionnelle de l'équation locale de l'énergie interne pour un liquide newtonien34
  - 1.16. Mise sous forme adimensionnelle de l'équation de la conservation de la masse et de la loi locale de la MMCD pour un liquide newtonien incompressible en écoulement turbulent et permanent en moyenne36
  - 1.17. Justification d'éventuelles simplifications apportées à l'écriture de l'équation de Navier-Stokes38
  - 1.18. Généralités sur les écoulements en charge et sur les écoulements à surface libre41
  - 1.19. Essais sur modèles et similitude43
  - 1.20. Similitude des écoulements en charge44
  - 1.21. Application des lois de similitude à l'étude d'un écoulement en charge45
  - 1.22. Similitude des écoulements à surface libre47
  - 1.23. Résumé des idées essentielles à retenir du premier chapitre50
  - 2 Généralités sur les écoulements unidimensionnels 53
  - 2.1. Introduction : présentation générale de l'hydraulique unidimensionnelle53
  - 2.2. Choix d'un repère local et d'un repère absolu en hydraulique55
  - 2.3. Principales caractéristiques physiques de l'eau utilisées en hydraulique57
  - 2.4. Résolution d'un problème d'hydraulique dans le cadre d'un écoulement unidimensionnel64
  - 2.5. Théorème de Bernoulli généralisé appliqué à un écoulement unidimensionnel70
  - 2.6. Perte de charge entre deux sections transversales droites d'un écoulement permanent et unidimensionnel ne contenant pas de machines hydrauliques dans la veine liquide72
  - 2.7. Charge hydraulique moyenne dans une section transversale droite d'un écoulement unidimensionnel et permanent en moyenne73
  - 2.8. Perte de charge entre deux sections transversales droites d'un écoulement turbulent et permanent en moyenne76
  - 2.9. Ordre de grandeur des coefficients Alpha₁ et Alpha₂ pour un écoulement turbulent et permanent en moyenne dans une canalisation cylindrique de section circulaire78
  - 2.10. Axiome des quantités de mouvement appliqué à un écoulement unidimensionnel et permanent en moyenne79
  - 2.11. Ordre de grandeur des coefficients ß₁ et ß₂ pour un écoulement turbulent et permanent en moyenne dans une canalisation cylindrique de section circulaire83
  - 2.12. Influence de la répartition des vitesses dans deux sections transversales droites d'une canalisation cylindrique de section circulaire en écoulement permanent en moyenne, sur la perte de charge entre ces deux sections84
  - 2.13. Perte de charge unitaire dans un écoulement unidimensionnel : approche par l'analyse dimensionnelle86
  - 2.14. Écoulement convergent et divergent : conséquence sur l'évaluation de la perte de charge90
  - 2.15. Perte de charge singulière91
  - 2.16. Équation de la conservation de la masse pour un écoulement unidimensionnel92
  - 2.17. Axiome des quantités de mouvement pour un écoulement unidimensionnel : équation de Barré de Saint-Venant94
  - 2.18. Problème d'application sur la propulsion d'un bateau à l'aide d'une hélice carénée97
  - 2.19. Résumé des idées essentielles à retenir du deuxième chapitre104
  - 3 Écoulements en charge 107
  - 3.1. Introduction108
  - 3.2. Variation de la contrainte de cisaillement dans la section transversale droite d'une canalisation cylindrique de section circulaire109
  - 3.3. Application de l'analyse dimensionnelle à la détermination du champ de vitesse dans une canalisation cylindrique de section circulaire, dont la paroi est rugueuse, en écoulement turbulent111
  - 3.4. Rappel relatif aux écoulements laminaires115
  - 3.5. Champ de vitesse d'un écoulement turbulent s'effectuant dans une canalisation cylindrique de section circulaire dont la paroi est idéalement lisse117
  - 3.6. Application : construction d'un champ de vitesse119
  - 3.7. Coefficient de perte de charge unitaire pour les canalisations idéalement lisses124
  - 3.8. Champ de vitesse d'un écoulement turbulent s'effectuant dans une canalisation cylindrique de section circulaire dont la paroi est rugueuse au sens de Nikuradse129
  - 3.9. Application : construction d'un champ de vitesse relatif à un écoulement turbulent en régime hydrauliquement rugueux133
  - 3.10. Coefficient de perte de charge unitaire pour les canalisations possédant une rugosité artificielle136
  - 3.11. Coefficient de perte de charge unitaire pour des canalisations possédant une rugosité artificielle, dans un régime hydraulique de transition137
  - 3.12. Le diagramme de Moody140
  - 3.13. Détermination de la rugosité industrielle k des canalisations d'usage courant143
  - 3.14. Incertitude sur la détermination d'une perte de charge unitaire146
  - 3.15. Comparaison entre la formule de Colebrook-White et la formule d'Al'tsul147
  - 3.16. Retour sur le fondement théorique de l'évaluation des pertes de charge linéaires des canalisations cylindriques de section circulaire148
  - 3.17. Perte de charge dans une canalisation cylindrique rectiligne de section circulaire, ligne de charge, ligne piézométrique150
  - 3.18. Pertes de charge singulières152
  - 3.19. Application : tracé de la ligne piézométrique et de la ligne de charge d'une canalisation sur laquelle se trouve installée une vanne-papillon154
  - 3.20. Panorama général des pertes de charge singulières155
  - 3.21. Élargissement brusque entre deux canalisations cylindriques156
  - 3.22. Élargissement progressif par diffuseur conique entre deux canalisations cylindriques160
  - 3.23. Rétrécissement brusque entre deux canalisations cylindriques161
  - 3.24. Rétrecissement progressif par convergent conique entre deux canalisations cylindriques162
  - 3.25. Entrée dans une canalisation à partir d'un réservoir de grandes dimensions163
  - 3.26. Sortie d'une canalisation dans un réservoir de grandes dimensions165
  - 3.27. Coude mis sur une canalisation sans changement de diamètre intérieur166
  - 3.28. Branchements173
  - 3.29. Vannes-Robinets180
  - 3.30. Grilles, clapets, crépines185
  - 3.31. Application : irrigation goutte à goutte191
  - 3.32. Application : écoulement laminaire, détermination de la viscosité cinématique d'un liquide newtonien198
  - 3.33. Application : perte de charge dans une galerie200
  - 3.34. Application : étude d'un siphon203
  - 3.35. Application : étude d'un branchement206
  - 3.36. Application : vidange d'un réservoir dans un second réservoir208
  - 3.37. Application : étude d'une canalisation de refoulement217
  - 3.38. Résumé des idées essentielles à retenir du troisième chapitre222
  - 4. Écoulements à surface libre 225
  - 4.1. Introduction226
  - 4.2. Principales définitions rencontrées dans l'étude des écoulements à surface libre228
  - 4.3. Équation de la conservation de la masse233
  - 4.4. Canal prismatique, canal non prismatique234
  - 4.5. La fonction scalaire impulsion totale en écoulement à surface libre236
  - 4.6. Équation de Barré de Saint-Venant237
  - 4.7. Écoulement à surface libre permanent à débit progressivement croissant dans un canal prismatique237
  - 4.8. Écoulement à surface libre permanent à débit progressivement décroissant dans un canal prismatique240
  - 4.9. Généralisation de l'équation de Barré de Saint-Venant241
  - 4.10. Remarques relatives à l'introduction du débit à la place de la vitesse moyenne uniformisée dans une section transversale droite pour l'écriture de l'équation de Barré de Saint-Venant245
  - 4.11. Méthode des caractéristiques pour l'étude des écoulements à surface libre s'effectuant sans apport latéral dans des canaux prismatiques247
  - 4.12. Définition du nombre de Froude - Écoulement fluvial, torrentiel ou critique253
  - 4.13. Principe de résolution des écoulements à surface libre par la méthode des caractéristiques253
  - 4.14. Méthode des caractéristiques dans un canal rectangulaire sous l'hypothèse i - J = 0256
  - 4.15. Application : vidange d'un canal de section rectangulaire sous l'hypothèse i - J = 0260
  - 4.16. Ondes positives dans un canal rectangulaire sous l'hypothèse i - J = 0261
  - 4.17. Application : détermination de la distance à laquelle se forme un mascaret dans un canal de section rectangulaire sous l'hypothèse i - J = 0263
  - 4.18. Relation d'Escoffier pour un écoulement s'effectuant dans un canal prismatique de section non rectangulaire263
  - 4.19. Application : vidange d'un canal trapézoïdal sous l'hypothèse i - J = 0267
  - 4.20. Notions sur les méthodes numériques utilisées pour calculer les écoulements transitoires dans les canaux prismatiques de section rectangulaire de longueur indéfinie269
  - 4.21. Prise en compte des conditions aux limites dans le calcul des écoulements transitoires réalisés dans les canaux prismatiques de section rectangulaire de longueur finie272
  - 4.22. Définition d'un canal prismatique uniforme275
  - 4.23. Écoulement permanent et uniforme dans un canal prismatique uniforme275
  - 4.24. Formule de Chézy, formule de Bazin, formule de Ganguillet-Kutter, formule de Manning-Strickler277
  - 4.25. Détermination pratique du coefficient K de la formule de Manning-Strickler279
  - 4.26. Détermination du coefficient équivalent K pour des canaux dont la rugosité varie au travers de la section du canal282
  - 4.27. Formulaire relatif aux écoulements permanents et uniformes dans les canaux prismatiques de section rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, circulaire, parabolique283
  - 4.28. Écoulement permanent graduellement varié, sans apport latéral, dans un canal prismatique uniforme285
  - 4.29. Perte de charge dans un écoulement permanent graduellement varié286
  - 4.30. Équation différentielle des courbes de remous pour des écoulements permanents graduellement variés, sans apport latéral, dans des canaux prismatiques uniformes287
  - 4.31. Définition de la charge spécifique moyenne dans une section transversale droite et dérivée par rapport à l'abscisse curviligne de l'écoulement de la charge spécifique288
  - 4.32. Définition de la profondeur normale291
  - 4.33. Profondeur normale et profondeur pseudo-normale293
  - 4.34. Variation de la charge spécifique moyenne en fonction du tirant d'eau pour un débit fixé ; profondeur critique295
  - 4.35. Nouvelle écriture de l'équation différentielle des courbes de remous pour des écoulements permanents graduellement variés, sans apport latéral, dans des canaux prismatiques uniformes299
  - 4.36. Définition de la pente critique. Canal de pente faible, canal de pente forte300
  - 4.37. Nouvelle écriture de l'équation différentielle des courbes de remous pour les écoulements permanents graduellement variés, sans apport latéral, dans des canaux prismatiques uniformes, en tenant compte de la débitance et de la fonction pente critique.
  - Méthode d'intégration de Bakhmeteff302
  - 4.38. Signes des dérivées d(...)_s/dy et d(...)_s/dx, relation d'ordre entre y_N et y_c pour des canaux prismatiques uniformes évasés vers le haut307
  - 4.39. Allure des différentes courbes de remous rencontrées dans les canaux prismatiques uniformes évasés vers le haut310
  - 4.40. Allure des différentes courbes de remous rencontrées dans les galeries cylindriques de section circulaire317
  - 4.41. Le ressaut stationnaire, description sommaire324
  - 4.42. Équations du ressaut stationnaire dans des canaux prismatiques évasés vers le haut325
  - 4.43. Principales propriétés du ressaut stationnaire se produisant dans un canal prismatique de section rectangulaire327
  - 4.44. Application : détermination des principales caractéristiques d'un ressaut stationnaire se produisant dans un canal prismatique de section rectangulaire330
  - 4.45. Détermination des profondeurs conjuguées d'un ressaut stationnaire se produisant dans un canal prismatique de section transversale droite triangulaire, trapézoïdale, circulaire, parabolique331
  - 4.46. Ressaut noyé334
  - 4.47. Localisation d'un ressaut334
  - 4.48. Déversoir dénoyé en mince paroi rectangulaire sans contraction latérale ou déversoir de Bazin335
  - 4.49. Déversoir dénoyé à large seuil340
  - 4.50. Chute libre dans un canal342
  - 4.51. Écoulement sous une vanne en mince paroi verticale, d'ouverture rectangulaire, sans contraction latérale fonctionnant en régime dénoyé et noyé348
  - 4.52. Détermination de l'emplacement des sections de contrôle352
  - 4.53. Passage d'un réservoir de grandes dimensions à un canal prismatique uniforme de grande longueur355
  - 4.54. Passage d'un canal prismatique uniforme de grande longueur dans un réservoir de grandes dimensions357
  - 4.55. Perte de charge singulière pour un élargissement brusque, l'écoulement s'effectuant en régime fluvial dans des canaux uniformes de section rectangulaire de pente nulle358
  - 4.56. Écoulement dans un canal courbe de section transversale droite rectangulaire en régime fluvial361
  - 4.57. Écoulement torrentiel dans un canal de section rectangulaire364
  - 4.58. Application : étude de l'écoulement dans une gouttière371
  - 4.59. Application : écoulement dans un canal cylindrique semi-circulaire379
  - 4.60. Application : écoulement dans un canal cylindrique de section transversale droite parabolique387
  - 4.61. Application : étude d'une courbe de remous dans un convergent de pente nulle précédé et suivi par un canal prismatique rectangulaire très long et de pente positive395
  - 4.62. Application : étude des courbes de remous dans un canal convergent-divergent de section rectangulaire404
  - 4.63. Application : écoulement au-dessus d'un déversoir en régime dénoyé, étude de la courbe de remous dans un canal prismatique de section rectangulaire de pente nulle et dans un convergent de section rectangulaire409
  - 4.64. Application : étude d'un écoulement permanent puis d'un écoulement transitoire sous une vanne placée dans un canal prismatique de section rectangulaire417
  - 4.65. Application : étude d'un canal-déversoir latéral convergent en mince paroi426
  - 4.66. Application : écoulement sous une vanne verticale d'ouverture rectangulaire en régime dénoyé puis noyé436
  - 4.67. Application : écoulement transitoire issu de l'effacement instantané d'un barrage plan vertical445
  - 4.68. Résumé des idées essentielles à retenir du quatrième chapitre461
Origine de la notice:
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