Dynamique des fluides

En physique et en ingénierie , la dynamique des fluides est une sous-discipline de la mécanique des fluides qui décrit l’ écoulement des fluides – liquides et gaz . Il comprend plusieurs sous-disciplines, dont l’Aérodynamique (l’étude de l’air et d’autres gaz en mouvement) et l’ hydrodynamique (l’étude des liquides en mouvement). La dynamique des fluides a un large éventail d’applications, y compris le calcul des forces et des moments sur les avions , la détermination du débit massique de pétrole à traverspipelines , prévoir les conditions météorologiques , comprendre les nébuleuses dans l’ Espace interstellaire et modéliser la détonation des armes à fission .

Forme de larme Aérodynamique typique , en supposant un milieu visqueux passant de gauche à droite, le diagramme montre la distribution de pression comme l’épaisseur de la ligne noire et montre la vitesse dans la couche limite comme les triangles violets. Les générateurs de vortex verts provoquent la transition vers un Écoulement turbulent et empêchent le reflux également appelé séparation de l’écoulement de la région à haute pression à l’arrière. La surface à l’avant est aussi lisse que possible ou utilise même une peau de requin, car toute turbulence ici augmente l’énergie du flux d’air. La troncature à droite, connue sous le nom de Kammback , empêche également le reflux de la région à haute pression à l’arrière à travers les spoilers vers la partie convergente.

La dynamique des fluides offre une structure systématique – qui sous-tend ces Disciplines pratiques – qui englobe des lois empiriques et semi-empiriques dérivées de la mesure du débit et utilisées pour résoudre des problèmes pratiques. La solution à un problème de dynamique des fluides implique généralement le calcul de diverses propriétés du fluide, telles que la vitesse d’écoulement , la pression , la densité et la température , en fonction de l’espace et du temps.

Avant le XXe siècle, l’hydrodynamique était synonyme de dynamique des fluides. Cela se reflète encore dans les noms de certains sujets de dynamique des fluides, comme la magnétohydrodynamique et la stabilité hydrodynamique , qui peuvent également être appliqués aux gaz. ^[1]

Équations

Les axiomes fondamentaux de la dynamique des fluides sont les lois de conservation , en particulier la conservation de la masse , la Conservation de la quantité de mouvement linéaire et la conservation de l’énergie (également appelée Première loi de la thermodynamique ). Ceux-ci sont basés sur la mécanique classique et sont modifiés en mécanique quantique et en relativité générale . Ils sont exprimés à l’aide du théorème de transport de Reynolds .

En plus de ce qui précède, les fluides sont supposés obéir à l’ hypothèse du continuum . Les fluides sont composés de molécules qui entrent en collision les unes avec les autres et d’objets solides. Cependant, l’hypothèse du continuum suppose que les fluides sont continus plutôt que discrets. Par conséquent, on suppose que des propriétés telles que la densité, la pression, la température et la vitesse d’écoulement sont bien définies à des points infiniment petits dans l’espace et varient continuellement d’un point à un autre. Le fait que le fluide soit constitué de molécules discrètes est ignoré.

Pour les fluides suffisamment denses pour constituer un continuum, ne contenant pas d’espèces ionisées et ayant des vitesses d’écoulement faibles par rapport à la vitesse de la lumière, les équations de quantité de mouvement pour les Fluides newtoniens sont les équations de Navier – Stokes – qui est un ensemble Non linéaire d’ Équations différentielles décrivant l’écoulement d’un fluide dont la contrainte dépend linéairement des gradients de vitesse d’écoulement et de pression. Les équations non simplifiées n’ont pas de solution générale de forme fermée , elles sont donc principalement utilisées dans la dynamique des fluides computationnelle. Les équations peuvent être simplifiées de plusieurs manières, ce qui facilite leur résolution. Certaines des simplifications permettent de résoudre des problèmes simples de dynamique des fluides sous forme fermée. ^{[ citation nécessaire ]}

En plus des équations de masse, de quantité de mouvement et de conservation de l’énergie, une équation d’état thermodynamique qui donne la pression en fonction d’autres variables thermodynamiques est nécessaire pour décrire complètement le problème. Un exemple de ceci serait l’ équation d’état des gaz parfaits :

p = ρ R tu J M {displaystyle p={frac {rho R_{u}T}{M}}}

où p est la pression , ρ est la densité , T la Température absolue , tandis que R _u est la constante des gaz et M est la masse molaire d’un gaz particulier.

Lois de conservation

Trois lois de conservation sont utilisées pour résoudre des problèmes de dynamique des fluides, et peuvent être écrites sous forme intégrale ou différentielle . Les lois de conservation peuvent être appliquées à une région de l’écoulement appelée volume de contrôle . Un volume de contrôle est un volume discret dans l’espace à travers lequel le fluide est supposé s’écouler. Les formulations intégrales des lois de conservation sont utilisées pour décrire le changement de masse, de quantité de mouvement ou d’énergie dans le volume de contrôle. Les formulations différentielles des lois de conservation appliquent le théorème de Stokes pour produire une expression qui peut être interprétée comme la forme intégrale de la loi appliquée à un volume infiniment petit (en un point) dans l’écoulement.

Continuité de masse (conservation de la masse) Le taux de variation de la masse de fluide à l’intérieur d’un volume de contrôle doit être égal au débit net d’écoulement de fluide dans le volume. Physiquement, cette affirmation exige que la masse ne soit ni créée ni détruite dans le volume de contrôle ^[2] et peut être traduite sous la forme intégrale de l’équation de continuité : ∂ ∂ t ∫∫∫ V ρ d V = − {displaystyle {frac {partial }{partial t}}iiint _{V}rho ,dV=-,{}} S {displaystyle {scriptstyle S}} ρ u ⋅ d S {displaystyle {},rho mathbf {u} cdot dmathbf {S} } Ci-dessus, ρ est la densité du fluide, u est le vecteur vitesse d’écoulement et t est le temps. Le côté gauche de l’expression ci-dessus est le taux d’augmentation de la masse dans le volume et contient une intégrale triple sur le volume de contrôle, tandis que le côté droit contient une intégration sur la surface du volume de contrôle de la masse convectée dans le système. Le débit massique dans le système est considéré comme positif, et puisque le vecteur normal à la surface est opposé au sens du débit dans le système, le terme est annulé. La forme différentielle de l’équation de continuité est, par le théorème de divergence : ∂ ρ ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ u ) = 0 {displaystyle {frac {partial rho }{partial t}}+nabla cdot (rho mathbf {u} )=0} Conservation de la quantité de mouvement La Deuxième loi du mouvement de Newton appliquée à un volume de contrôle, est une déclaration selon laquelle tout changement de quantité de mouvement du fluide à l’intérieur de ce volume de contrôle sera dû au flux net de quantité de mouvement dans le volume et à l’action des forces externes agissant sur le fluide à l’intérieur du volume. le volume. ∂ ∂ t ∫∫∫ V ρ u d V = − {displaystyle {frac {partial }{partial t}}iiint _{scriptstyle V}rho mathbf {u} ,dV=-,{}} S {displaystyle _{scriptstyle S}} ( ρ u ⋅ d S ) u − {displaystyle (rho mathbf {u} cdot dmathbf {S} )mathbf {u} -{}} S {displaystyle {scriptstyle S}} p d S {displaystyle {},p,dmathbf {S} } + ∫∫∫ V ρ f body d V + F surf {displaystyle displaystyle {}+iiint _{scriptstyle V}rho mathbf {f} _{text{body}},dV+mathbf {F} _{text{surf}}} Dans la formulation intégrale ci-dessus de cette équation, le terme de gauche est le changement net de quantité de mouvement dans le volume. Le premier terme à droite est le taux net auquel la quantité de mouvement est convectée dans le volume. Le deuxième terme à droite est la force due à la pression sur les surfaces du volume. Les deux premiers termes à droite sont annulés car la quantité de mouvement entrant dans le système est considérée comme positive et la normale est opposée à la direction de la vitesse u et des forces de pression. Le troisième terme à droite est l’accélération nette de la masse dans le volume due à toutes les forces du corps (représentées ici par f _corps ). Forces superficielles, telles que les forces visqueuses, sont représentées par F _surf , la force nette due aux forces de cisaillement agissant sur la surface volumique. La balance de quantité de mouvement peut également être écrite pour un volume de contrôle mobile . ^[3] Ce qui suit est la forme différentielle de l’équation de Conservation de la quantité de mouvement. Ici, le volume est réduit à un point infiniment petit, et les forces de surface et de corps sont prises en compte dans une force totale, F . Par exemple, F peut être développé en une expression des forces de frottement et de gravitation agissant en un point d’un écoulement. D u D t = F − ∇ p ρ {displaystyle {frac {Dmathbf {u} }{Dt}}=mathbf {F} -{frac {nabla p}{rho }}} En Aérodynamique, l’air est supposé être un fluide newtonien , ce qui postule une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement (due aux forces de frottement internes) et le taux de déformation du fluide. L’équation ci-dessus est une équation vectorielle dans un flux tridimensionnel, mais elle peut être exprimée sous la forme de trois équations scalaires dans trois directions de coordonnées. La conservation des équations de quantité de mouvement pour le cas d’écoulement visqueux compressible est appelée les équations de Navier – Stokes. ^[2] Conservation d’énergie Bien que l’énergie puisse être convertie d’une forme à une autre, l’ énergie totale dans un système fermé reste constante. ρ D h D t = D p D t + ∇ ⋅ ( k ∇ T ) + Φ {displaystyle rho {frac {Dh}{Dt}}={frac {Dp}{Dt}}+nabla cdot left(knabla Tright)+Phi } Ci-dessus, h est l’ enthalpie spécifique , k est la conductivité thermique du fluide, T est la température et Φ est la fonction de dissipation visqueuse. La fonction de dissipation visqueuse régit la vitesse à laquelle l’énergie mécanique de l’écoulement est convertie en chaleur. La deuxième loi de la thermodynamique exige que le terme de dissipation soit toujours positif : la viscosité ne peut pas créer d’énergie dans le volume de contrôle. ^[4] L’expression sur le côté gauche est un dérivé matériel .

Classements

Débit compressible versus incompressible

Tous les fluides sont compressibles dans une certaine mesure ; c’est-à-dire que les changements de pression ou de température provoquent des changements de densité. Cependant, dans de nombreuses situations, les changements de pression et de température sont suffisamment faibles pour que les changements de densité soient négligeables. Dans ce cas, l’écoulement peut être modélisé comme un écoulement incompressible . Sinon, les équations d’écoulement compressibles plus générales doivent être utilisées.

Mathématiquement, l’incompressibilité s’exprime en disant que la densité ρ d’une parcelle de fluide ne change pas lorsqu’elle se déplace dans le champ d’écoulement, c’est-à-dire

D ρ D t = 0 , {displaystyle {frac {mathrm {D} rho }{mathrm {D} t}}=0,,}

oùré/D test la dérivée matérielle , qui est la somme des dérivées locales et convectives . Cette contrainte supplémentaire simplifie les équations gouvernantes, notamment dans le cas où le fluide a une masse volumique uniforme.

Pour l’écoulement des gaz, pour déterminer s’il faut utiliser la dynamique des fluides compressibles ou incompressibles, le nombre de Mach de l’écoulement est évalué. À titre indicatif, les effets compressibles peuvent être ignorés à des nombres de Mach inférieurs à environ 0,3. Pour les liquides, la validité de l’hypothèse incompressible dépend des propriétés du fluide (en particulier la pression et la température critiques du fluide) et des conditions d’écoulement (à quel point la pression d’écoulement réelle devient proche de la pression critique). Les problèmes acoustiques nécessitent toujours d’autoriser la compressibilité, car Les ondes sonores sont des ondes de compression impliquant des changements de pression et de densité du milieu à travers lequel elles se propagent.

Fluides newtoniens versus non newtoniens

Écoulement autour d’un profil Aérodynamique

Tous les fluides sont visqueux, c’est-à-dire qu’ils exercent une certaine résistance à la déformation : des masses voisines de fluide se déplaçant à des vitesses différentes exercent des forces visqueuses les unes sur les autres. Le gradient de vitesse est appelé vitesse de déformation ; il a des dimensions T ^-1 . Isaac Newton a montré que pour de nombreux fluides familiers tels que l’eau et l’ air , la contrainte due à ces forces visqueuses est linéairement liée au taux de déformation. Ces fluides sont appelés Fluides newtoniens . Le coefficient de proportionnalité s’appelle la viscosité du fluide ; pour les Fluides newtoniens, il s’agit d’une propriété fluide indépendante de la vitesse de déformation.

Les fluides non newtoniens ont un comportement contrainte-déformation Non linéaire plus compliqué. La sous-discipline de la rhéologie décrit les comportements contrainte-déformation de ces fluides, qui comprennent les émulsions et les boues , certains matériaux viscoélastiques tels que le sang et certains polymères , et les liquides collants tels que le latex , le miel et les lubrifiants . ^[5]

Écoulement non visqueux versus visqueux versus Stokes

La dynamique des parcelles fluides est décrite à l’aide de la seconde loi de Newton . Une parcelle de fluide en accélération est soumise à des effets d’inertie.

Le nombre de Reynolds est une grandeur sans dimension qui caractérise l’amplitude des effets inertiels par rapport à l’amplitude des effets visqueux. Un faible nombre de Reynolds ( Re ≪ 1 ) indique que les forces visqueuses sont très fortes par rapport aux forces d’inertie. Dans de tels cas, les forces d’inertie sont parfois négligées ; ce régime d’écoulement est appelé Stokes ou écoulement rampant .

En revanche, des nombres de Reynolds élevés ( Re ≫ 1 ) indiquent que les effets inertiels ont plus d’effet sur le champ de vitesse que les effets visqueux (friction). Dans les écoulements à nombre de Reynolds élevé, l’écoulement est souvent modélisé comme un écoulement non visqueux , une approximation dans laquelle la viscosité est complètement négligée. L’élimination de la viscosité permet de simplifier les équations de Navier-Stokes dans les équations d’Euler . L’intégration des équations d’Euler le long d’une ligne de courant dans un écoulement non visqueux donne l’équation de Bernoulli . Lorsque, en plus d’être non visqueux, l’écoulement est irrotationnel partout, l’équation de Bernoulli peut complètement décrire l’écoulement partout. De tels flux sont appelésflux potentiels , car le champ de vitesse peut être exprimé comme le gradient d’une expression d’énergie potentielle.

Cette idée peut fonctionner assez bien lorsque le nombre de Reynolds est élevé. Cependant, des problèmes tels que ceux impliquant des frontières solides peuvent nécessiter que la viscosité soit incluse. La viscosité ne peut pas être négligée près des joints solides car la condition de non-glissement génère une région mince de grande vitesse de déformation, la couche limite , dans laquelle les effets de viscosité dominent et qui génère donc de la vorticité . Par conséquent, pour calculer les forces nettes sur les corps (tels que les ailes), des équations d’écoulement visqueux doivent être utilisées : la théorie de l’écoulement non visqueux ne parvient pas à prédire les forces de traînée , une limitation connue sous le nom de paradoxe de d’Alembert .

^{Un modèle [6]} couramment utilisé , en particulier en dynamique des fluides computationnelle , consiste à utiliser deux modèles d’écoulement : les équations d’Euler éloignées du corps et les équations de la couche limite dans une région proche du corps. Les deux solutions peuvent alors être appariées l’une à l’autre, en utilisant la méthode des expansions asymptotiques appariées .

Écoulement régulier ou instable

Simulation hydrodynamique de l’ instabilité de Rayleigh-Taylor ^[7]

Un débit qui n’est pas fonction du temps est appelé débit constant . L’écoulement en régime permanent fait référence à la condition dans laquelle les propriétés du fluide en un point du système ne changent pas avec le temps. L’écoulement dépendant du temps est appelé instationnaire (également appelé transitoire ^[8] ). Le fait qu’un flux particulier soit stable ou instable peut dépendre du cadre de référence choisi. Par exemple, un écoulement laminaire sur une sphère est stable dans le référentiel qui est stationnaire par rapport à la sphère. Dans un référentiel stationnaire par rapport à un écoulement de fond, l’écoulement est instationnaire.

Les écoulements turbulents sont instables par définition. Un Écoulement turbulent peut cependant être statistiquement stationnaire . Le champ de vitesse aléatoire U ( x , t ) est statistiquement stationnaire si toutes les statistiques sont invariantes sous un décalage dans le temps. ^{[9] : 75} Cela signifie approximativement que toutes les propriétés statistiques sont constantes dans le temps. Souvent, le champ moyen est l’objet d’intérêt, et celui-ci est également constant dans un écoulement statistiquement stationnaire.

Les écoulements réguliers sont souvent plus traitables que des écoulements instables similaires. Les équations gouvernantes d’un problème stable ont une dimension de moins (le temps) que les équations gouvernantes du même problème sans tirer parti de la stabilité du champ d’écoulement.

Écoulement laminaire ou turbulent

Le passage de l’écoulement laminaire à l’Écoulement turbulent

La turbulence est un écoulement caractérisé par une recirculation, des tourbillons et un caractère aléatoire apparent . L’écoulement dans lequel la turbulence n’est pas exposée est appelé laminaire . La présence de tourbillons ou de recirculation seule n’indique pas nécessairement un Écoulement turbulent – ces phénomènes peuvent également être présents dans l’écoulement laminaire. Mathématiquement, l’Écoulement turbulent est souvent représenté via une décomposition de Reynolds , dans laquelle l’écoulement est décomposé en la somme d’une composante moyenne et d’une composante de perturbation.

On pense que les écoulements turbulents peuvent être bien décrits grâce à l’utilisation des équations de Navier-Stokes . La simulation numérique directe (DNS), basée sur les équations de Navier-Stokes, permet de simuler des écoulements turbulents à des nombres de Reynolds modérés. Les restrictions dépendent de la puissance de l’ordinateur utilisé et de l’efficacité de l’algorithme de résolution. Les résultats du DNS se sont avérés en bon accord avec les données expérimentales pour certains flux. ^[dix]

La plupart des flux d’intérêt ont des nombres de Reynolds beaucoup trop élevés pour que le DNS soit une option viable, ^{[9] : 344} compte tenu de l’état de la puissance de calcul pour les prochaines décennies. Tout véhicule aérien suffisamment grand pour transporter un humain ( L > 3 m), se déplaçant à plus de 20 m/s (72 km/h ; 45 mph) dépasse largement la limite de la simulation DNS ( Re = 4 millions). Les ailes des avions de transport (comme sur un Airbus A300 ou un Boeing 747 ) ont des nombres de Reynolds de 40 millions (basés sur la dimension de la corde de l’aile). La résolution de ces problèmes d’écoulement réels nécessite des modèles de turbulence dans un avenir prévisible. Équations de Navier – Stokes à moyenne de Reynolds (RANS) combinées à la modélisation de la turbulencefournit un modèle des effets de l’Écoulement turbulent. Une telle modélisation fournit principalement le transfert de quantité de mouvement supplémentaire par les contraintes de Reynolds , bien que la turbulence améliore également le transfert de chaleur et de masse . Une autre méthodologie prometteuse est la simulation des grandes turbulences (LES), en particulier sous le couvert de la simulation des turbulences détachées (DES) – qui est une combinaison de la modélisation de la turbulence RANS et de la simulation des grandes turbulences.

Autres approximations

Il existe un grand nombre d’autres approximations possibles aux problèmes de dynamique des fluides. Certains des plus couramment utilisés sont énumérés ci-dessous.

• L’ approximation de Boussinesq néglige les variations de densité sauf pour calculer les forces de flottabilité . Il est souvent utilisé dans les problèmes de convection libre où les changements de densité sont faibles.
• La théorie de la lubrification et le flux de Hele – Shaw exploitent le grand rapport d’aspect du domaine pour montrer que certains termes des équations sont petits et peuvent donc être négligés.
• La théorie des corps élancés est une méthodologie utilisée dans les problèmes d’ écoulement de Stokes pour estimer la force ou le champ d’écoulement autour d’un objet long et élancé dans un fluide visqueux.
• Les équations d’eau peu profonde peuvent être utilisées pour décrire une couche de fluide relativement non visqueux avec une surface libre , dans laquelle les gradients de surface sont faibles.
• La loi de Darcy est utilisée pour l’écoulement dans les milieux poreux et fonctionne avec des variables moyennées sur plusieurs largeurs de pores.
• Dans les systèmes en rotation, les équations quasi-géostrophiques supposent un équilibre presque parfait entre les gradients de pression et la force de Coriolis . Il est utile dans l’étude de la dynamique atmosphérique .

Types multidisciplinaires

Écoulements selon les régimes de Mach

Alors que de nombreux écoulements (tels que l’écoulement d’eau à travers un tuyau) se produisent à de faibles nombres de Mach ( écoulements subsoniques ), de nombreux écoulements d’intérêt pratique en Aérodynamique ou dans les turbomachines se produisent à des fractions élevées de M = 1 ( écoulements transsoniques ) ou en excès. ( écoulements supersoniques voire hypersoniques ). De nouveaux phénomènes se produisent à ces régimes tels que des instabilités dans les écoulements transsoniques, des ondes de choc pour les écoulements supersoniques ou un comportement chimique hors d’équilibre dû à l’ionisation dans les écoulements hypersoniques. En pratique, chacun de ces régimes d’écoulement est traité séparément.

Flux réactifs versus flux non réactifs

Les écoulements réactifs sont des écoulements chimiquement réactifs, qui trouvent leurs applications dans de nombreux domaines, notamment la combustion ( moteur à combustion interne ), les dispositifs de propulsion ( fusées , moteurs à réaction , etc.), les détonations , les risques d’incendie et de sécurité, et l’astrophysique. En plus de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie, la conservation des espèces individuelles (par exemple, la fraction massique de méthane dans la combustion du méthane) doit être dérivée, où le taux de production/épuisement de toute espèce est obtenu en résolvant simultanément les équations de la chimie cinétique .

Magnétohydrodynamique

La magnétohydrodynamique est l’étude multidisciplinaire de l’écoulement de fluides électriquement conducteurs dans des champs électromagnétiques . Des exemples de tels fluides comprennent les plasmas , les métaux liquides et l’eau salée . Les équations d’écoulement de fluide sont résolues simultanément avec les équations d’électromagnétisme de Maxwell.

Dynamique des fluides relativiste

La dynamique des fluides relativiste étudie le mouvement macroscopique et microscopique des fluides à de grandes vitesses comparables à la vitesse de la lumière . ^[11] Cette branche de la dynamique des fluides explique les effets relativistes de la théorie restreinte de la relativité et de la théorie générale de la relativité . Les équations gouvernantes sont dérivées de la géométrie riemannienne pour l’espace-temps de Minkowski .

Terminologie

Le concept de pression est au cœur de l’étude de la statique des fluides et de la dynamique des fluides. Une pression peut être identifiée pour chaque point d’un corps de fluide, que le fluide soit en mouvement ou non. La pression peut être mesurée à l’aide d’un anéroïde, d’un tube de Bourdon, d’une colonne de mercure ou de diverses autres méthodes.

Une partie de la terminologie nécessaire à l’étude de la dynamique des fluides ne se retrouve pas dans d’autres domaines d’étude similaires. En particulier, une partie de la terminologie utilisée en dynamique des fluides n’est pas utilisée en statique des fluides .

Terminologie en dynamique des fluides incompressibles

Les concepts de pression totale et de pression dynamique découlent de l’équation de Bernoulli et sont importants dans l’étude de tous les écoulements de fluides. (Ces deux pressions ne sont pas des pressions au sens habituel – elles ne peuvent pas être mesurées à l’aide d’un anéroïde, d’un tube de Bourdon ou d’une colonne de mercure.) Pour éviter toute ambiguïté potentielle en se référant à la pression en dynamique des fluides, de nombreux auteurs utilisent le terme pression statique pour la distinguer pression totale et pression dynamique. La pression statique est identique à la pression et peut être identifiée pour chaque point d’un champ d’écoulement de fluide.

Un point dans un écoulement de fluide où l’écoulement s’est arrêté (c’est-à-dire que la vitesse est égale à zéro à côté d’un corps solide immergé dans l’écoulement de fluide) revêt une importance particulière. Il est d’une telle importance qu’on lui donne un nom spécial – un point de stagnation . La pression statique au point de stagnation revêt une importance particulière et porte son propre nom : pression de stagnation . Dans les écoulements incompressibles, la pression de stagnation à un point de stagnation est égale à la pression totale dans tout le champ d’écoulement.

Terminologie en dynamique des fluides compressibles

Dans un fluide compressible, il convient de définir les conditions totales (également appelées conditions de stagnation) pour toutes les propriétés d’état thermodynamique (telles que la température totale, l’enthalpie totale, la vitesse totale du son). Ces conditions d’écoulement total sont fonction de la vitesse du fluide et ont des valeurs différentes dans des référentiels avec des mouvements différents.

Pour éviter toute ambiguïté potentielle lors de la référence aux propriétés du fluide associées à l’état du fluide plutôt qu’à son mouvement, le préfixe «statique» est couramment utilisé (comme la température statique et l’enthalpie statique). Là où il n’y a pas de préfixe, la propriété du fluide est la condition statique (donc “densité” et “densité statique” signifient la même chose). Les conditions statiques sont indépendantes du référentiel.

Étant donné que les conditions d’écoulement total sont définies en amenant le fluide de manière isentropique au repos, il n’est pas nécessaire de faire la distinction entre l’entropie totale et l’entropie statique car elles sont toujours égales par définition. En tant que telle, l’entropie est le plus souvent appelée simplement “entropie”.

Voir également

Domaines d’études

• Théorie acoustique
• Aérodynamique
• Aéroélasticité
• Aéronautiques
• Dynamique des fluides computationnelle
• Mesure de flux
• Dynamique des fluides géophysiques
• Hémodynamique
• Hydraulique
• Hydrologie
• Hydrostatique
• Électrohydrodynamique
• Magnétohydrodynamique
• Hydrodynamique quantique

Équations et concepts mathématiques

• Théorie des vagues aériennes
• Équation de Benjamin – Bona – Mahony
• Approximation de Boussinesq (ondes d’eau)
• Différents types de conditions aux limites en dynamique des fluides
• Flux élémentaire
• Théorèmes de Helmholtz
• Équations de Kirchhoff
• Équation de Knudsen
• Équation de Manning
• Équation à pente douce
• Équation de Morison
• Équations de Navier – Stokes
• Flux d’Osen
• loi de Poiseuille
• Tête de pression
• Équations d’Euler relativistes
• Fonction de flux de Stokes
• Fonction flux
• Lignes de courant, stries et trajectoires
• Loi de Torricelli

Types d’écoulement de fluide

• Force Aérodynamique
• Convection
• Cavitation
• Débit compressible
• Flux de couettes
• Limite effusive
• Flux moléculaire libre
• Flux incompressible
• Écoulement non visqueux
• Flux isotherme
• Flux de canal ouvert
• Débit de tuyau
• Flux secondaire
• Moyenne de la poussée du flux
• Superfluidité
• Flux transitoire
• Écoulement diphasique

Propriétés du fluide

• Liste des instabilités hydrodynamiques
• Fluide newtonien
• Fluide non newtonien
• Tension superficielle
• Pression de vapeur

Phénomènes fluides

• Flux équilibré
• Couche limite
• Effet Coanda
• Cellule de convection
• Convergence/Bifurcation
• Dérive de Darwin
• Force de traînée)
• Vaporisation de gouttelettes
• Stabilité hydrodynamique
• Effet Kaye
• Force de levage)
• Effet Magnus
• courant océanique
• Vagues de surface de l’océan
• Vague de Rossby
• Onde de choc
• Solitón
• Dérive de Stokes
• Rupture de fil
• Rupture de jet turbulent
• Contamination en amont
• Effet Venturi
• Vortex
• Coup de bélier
• Traînée des vagues
• Vent

Applications

• Acoustique
• Aérodynamique
• Sciences de la cryosphère
• Fluidique
• Energie fluide
• Géodynamique
• Machines hydrauliques
• Météorologie
• Architecture navale
• Océanographie
• Physique des plasmas
• Pneumatique
• infographie 3D

Revues de dynamique des fluides

• Revue annuelle de mécanique des fluides
• Journal de mécanique des fluides
• Physique des fluides
• Expériences sur les fluides
• Journal Européen de Mécanique B : Fluides
• Dynamique des fluides théorique et computationnelle
• Ordinateurs et fluides
• Journal international des méthodes numériques dans les fluides
• Ecoulement, Turbulence et Combustion

Divers

• Publications importantes en dynamique des fluides
• Isosurface
• Numéro Keulegan-Carpenter
• Réservoir rotatif
• Mur du son
• Avion bêta
• Méthode des limites immergées
• Pont affouillement
• Méthode des volumes finis pour un écoulement instable

Voir également

• Aileron – Surface de contrôle de l’avion utilisée pour induire le roulis
• Avion – Véhicule volant motorisé avec des ailes
• Angle d’attaque – Angle entre la corde d’une aile et le flux d’air non perturbé
• Virage incliné – Inclinaison de la route ou de la surface autre que plate
• Principe de Bernoulli – Principe relatif à la dynamique des fluides
• Cale
• Boomerang – Outil et arme lancés
• Dérive
• Accord (avion)
• Aile de contrôle de circulation – Dispositif hypersustentateur d’avion
• Courantologie – Science qui étudie les mouvements internes des masses d’eau
• Avion de plongée
• Appui
• Coefficient de traînée – Paramètre sans dimension pour quantifier la résistance du fluide
• Aileron – Composant mince ou appendice attaché à un corps ou à une structure plus large
• Flipper (anatomie) – Membre aplati adapté à la propulsion et aux manœuvres dans l’eau
• Séparation de flux – Détachement d’une couche limite d’une surface dans un sillage
• Feuille (mécanique des fluides) – Objet solide utilisé en mécanique des fluides
• Couplage hydraulique
• Cinétique des gaz
• Hydrofoil – Un type de motomarine rapide et le nom de la technologie qu’il utilise
• Quille – Élément structurel de l’axe inférieur d’une coque de navire ou de bateau (hydrodynamique)
• Effet Küssner – Forces aérodynamiques instables sur un profil Aérodynamique ou un hydroptère causées par la rencontre d’une rafale transversale
• État Kutta
• Théorème de Kutta-Joukowski
• Coefficient de portance
• Traînée induite par la portance – Type de résistance Aérodynamique contre le mouvement d’une aile ou d’un autre profil Aérodynamique
• Rapport portance / traînée – Mesure de l’efficacité Aérodynamique
• Théorie de la ligne de levage – Modèle mathématique pour quantifier la portance
• Profil Aérodynamique NACA – Forme d’aile
• Troisième loi de Newton
• Hélice – Dispositif qui transmet la puissance de rotation en poussée linéaire sur un fluide
• Pompe – Dispositif qui transmet de l’énergie aux fluides par action mécanique
• Rudder – Surface de contrôle pour la direction fluide dynamique dans l’axe de lacet
• Voile – Tissu ou autre surface supportée par un mât pour permettre la propulsion par le vent (Aérodynamique)
• Skeg – Extension de la quille d’un bateau à l’arrière, également l’aileron d’une planche de surf
• Spoiler (automobile)
• Décrochage (vol)
• Aileron de planche de surf
• Science des surfaces – Étude des phénomènes physiques et chimiques qui se produisent à l’interface de deux phases
• Convertisseur de couple – Accouplement hydraulique qui transfère la puissance de rotation d’un moteur principal à une charge entraînée en rotation
• Volet compensateur – Composant de bateau ou d’avion
• Aile – Surface utilisée pour le vol, par exemple par les insectes, les oiseaux, les chauves-souris et les avions
• Tourbillons de bout d’aile – Turbulence causée par la différence de pression d’air de chaque côté de l’aile

Références

1. ^ Eckert, Michael (2006). L’aube de la dynamique des fluides : une discipline entre science et technologie . Wiley. p. ix. ISBN 3-527-40513-5.
2. ^ ^{un b} Anderson, JD (2007). Principes fondamentaux de l’Aérodynamique (4e éd.). Londres : McGraw–Hill. ISBN 978-0-07-125408-3.
3. ^ Nangia, Nishant; Johansen, Hans; Patankar, Neelesh A.; Bhalla, Amneet Pal S. (2017). “Une approche de volume de contrôle en mouvement pour calculer les forces et les couples hydrodynamiques sur les corps immergés”. Journal de physique computationnelle . 347 : 437–462. arXiv : 1704.00239 . Bibcode : 2017JCoPh.347..437N . doi : 10.1016/j.jcp.2017.06.047 . S2CID 37560541 .
4. ^ Blanc, FM (1974). Écoulement de fluide visqueux . New York : McGraw–Hill. ISBN 0-07-069710-8.
5. ^ Wilson, DI (février 2018). « Qu’est-ce que la rhéologie ? » . Oeil . 32 (2): 179–183. doi : 10.1038/eye.2017.267 . PMC 5811736 . PMID 29271417 .
6. ^ Platzer, B. (2006-12-01). “Revue de livre : Cebeci, T. et Cousteix, J., Modélisation et calcul des flux de couche limite” . ZAMM . 86 (12): 981–982. doi : 10.1002/zamm.200690053 . ISSN 0044-2267 .
7. ^ Shengtai Li, Hui Li “Code AMR parallèle pour les équations MHD ou HD compressibles” (Laboratoire national de Los Alamos) [1] Archivé le 03/03/2016 à la Wayback Machine
8. ^ “État transitoire ou état instable ? – Forums de discussion en ligne CFD” . www.cfd-online.com .
9. ^ ^{un pape b} , Stephen B. (2000). Flux turbulents . La presse de l’Universite de Cambridge. ISBN 0-521-59886-9.
10. ^ Voir, par exemple, Schlatter et al, Phys. Fluides 21, 051702 (2009); doi : 10.1063/1.3139294
11. ^ Landau, Lev Davidovitch ; Lifshitz, Evgenii Mikhaïlovitch (1987). Mécanique des fluides . Londres : Pergame. ISBN 0-08-033933-6.

Lectures complémentaires

• Acheson, DJ (1990). Dynamique des fluides élémentaire . Presse Clarendon. ISBN 0-19-859679-0.
• Batchelor, GK (1967). Une introduction à la dynamique des fluides . La presse de l’Universite de Cambridge. ISBN 0-521-66396-2.
• Chanson, H. (2009). Hydrodynamique appliquée : une introduction aux écoulements de fluides idéaux et réels . CRC Press, Taylor & Francis Group, Leiden, Pays-Bas, 478 pages. ISBN 978-0-415-49271-3.
• Clancy, LJ (1975). Aérodynamique . Londres : Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-01120-0.
• Agneau, Horace (1994). Hydrodynamique (6e éd.). La presse de l’Universite de Cambridge. ISBN 0-521-45868-4.Publiée à l’origine en 1879, la 6e édition étendue est apparue pour la première fois en 1932.
• Milne-Thompson, LM (1968). Hydrodynamique théorique (5e éd.). Macmillan.Initialement publié en 1938.
• Shinbrot, M. (1973). Conférences sur la mécanique des fluides . Gordon et Brèche. ISBN 0-677-01710-3.
• Nazarenko, Sergey (2014), Fluid Dynamics via Examples and Solutions , CRC Press (Taylor & Francis group), ISBN 978-1-43-988882-7
• Encyclopédie : Dynamique des fluides Scholarpedia

Liens externes

Wikimedia Commons a des médias liés à la dynamique des fluides .

• National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) , contenant des films sur plusieurs sujets en dynamique des fluides (au format RealMedia )
• Liste des livres sur la dynamique des fluides