Fondamentaux de la mécanique des fluides : 9 concepts importants

Qu'est-ce que la mécanique des fluides?

La mécanique des fluides peut être élaborée comme l'étude des systèmes fluides et fluides pour leur comportement physique, les lois régissant, les actions de différentes énergies et différents modèles d'écoulement.

Le fluide est sous-divisé en deux types:

1. Liquide
2. Gaz

La mécanique des fluides est le sujet de l'ingénierie qui sera utile dans de nombreuses disciplines de l'ingénierie. Le sujet de la mécanique des fluides est important en génie mécanique, génie civil, génie chimique et génie de l'environnement, etc.

Même l'étude de la géologie, de la géophysique, des océans et de la nanoscience nécessite également des connaissances en mécanique des fluides et en dynamique des fluides.

Il est intéressant pour vous que certaines lois de base de la mécanique des fluides soient impliquées dans l'enseignement primaire et secondaire, donc on peut s'attendre à ce que ce soit un sujet familier pour vous.

Quelles sont les branches de la mécanique des fluides?

Il existe trois branches de la mécanique des fluides basées sur les forces et l'énergie.

Hydrostatique:

L'hydrostatique peut être définie comme la mécanique des fluides étudiant le moment où le fluide ou l'élément fluide est au repos. Cela signifie qu'il n'y a pas d'écoulement de fluide. Il n'y a pas contraintes de cisaillement.

On peut prendre un exemple de fluide au repos comme un barrage, un étang etc.

Le barrage est un exemple très connu de branche hydrostatique. En vacances, vous avez peut-être visité un barrage célèbre près de chez vous.

Cinématique:

La cinématique est l'étude de la mécanique des fluides sur les mouvements des fluides comme la translation, la rotation ou la déformation. Rappelez-vous-> Il n'y a aucune considération des forces et de l'énergie agissant sur le fluide (Fluide en mouvement) dans cette étude.

Ici, le fluide coule donc nous pouvons prendre exemple du fluide qui coule dans la rivière, le canal, etc.

Dynamique:

La dynamique des fluides est une étude complète de l'écoulement des fluides. Il étudie la vitesse, l'accélération, les forces et les énergies agissant sur le fluide en mouvement.

Ici, l'étude du fluide en mouvement (Fluide en mouvement) est réalisée en considérant les forces et les actes d'énergie sur celui-ci. Les exemples de dynamique des fluides sont le débit de carburant à l'intérieur de l'injecteur de carburant diesel, le débit de liquide à l'intérieur de la pompe, le débit de fluide à l'intérieur de la turbine, etc.

Écoulement de fluide | Qu'est-ce que l'écoulement de fluide?

Lorsque le gaz ou le liquide se déplace ou déplace un fluide d'un point (destination) à un autre, nous pouvons l'appeler écoulement de fluide.

Comprenons en un autre mot, la tendance à la déformation continue du fluide est connue sous le nom de fluidité. L'action de cette déformation continue est connue sous le nom d'écoulement de fluide.

Par exemple, écoulement du vent, écoulement dans la rivière, vagues dans la mer, écoulement de liquide dans les pipelines, etc.

Classification du fluide

En terme commun, il existe deux types de fluide comme indiqué ci-dessous,

1. Fluide idéal
2. Vraiment fluide

Quel est le fluide idéal ?

Tout d'abord, gardez cela à l'esprit "il n'y a pas d'existence de fluide idéal dans la nature et c'est un fluide imaginaire". Dans la pratique, nous considérons l'eau et l'air comme un fluide idéal pour de nombreuses études en raison de sa faible viscosité.

L'eau est incompressible, elle est donc plus proche d'un fluide idéal que l'air.

Le fluide idéal possède les caractéristiques suivantes,

• Incompressible
• Non visqueux (inviscide)
• Pas de friction (sans friction)
• Non tension superficielle

Le fluide idéal ne possède aucune viscosité. Cela signifie que le frottement n'existe pas dans le fluide. Le fluide idéal est notre imagination de fluide standard avec des caractéristiques supérieures. Dans la nature, il y a toujours une résistance au frottement chaque fois qu'un mouvement existe.

Qu'est-ce que le vrai fluide?

Le tout fluide dans la nature peut être considéré comme réel. Voyons pourquoi?

Il possède la plupart des caractéristiques pratiques,

• Visqueux
• Compressible
• Friction
• Tension superficielle

Principes de la dynamique des fluides

Certains des principes de base de dynamique des fluides sont inscrits ci-dessous pour votre information. L'étude de chaque principe en détail avec nos prochains articles vous fera approfondir la dynamique des fluides.

• Conservation de la masse, élan et énergie
• Loi de viscosité de Newton
• Principes de continuité
• Équation de momentum et énergie
• Équation d'Euler
• Théorème de Bernoulli
• Le principe d'Archimede
• Loi de Pascal
• Lois des similitudes et modèle
• Méthode de Rayleigh et théorème pi de Buckingham
• Équation boursière Navier
• Équation de Reynold et Darcy

Ces principes sont utiles car de nombreuses approches et techniques d'analyse utilisées dans les problèmes de mécanique des fluides. Cela sera bien compris lorsque vous rencontrerez de vrais problèmes de mécanique des fluides.

Applications de la mécanique des fluides

Le sujet de la mécanique des fluides encercle de nombreuses applications aussi bien domestiques qu'industrielles. Certaines des applications sont inscrites ci-dessous,

• Le réseau de canaux de distribution d'eau et les canalisations à usage domestique et industriel.
• Les machines hydrauliques et les structures hydrauliques sont conçues sur la base de la mécanique des fluides. Machines hydrauliques: Turbines, pompes, vannes, raccords hydrauliques, actionneurs, etc.

Structures hydrauliques: canal, barrages, déversoirs, réservoirs aériens, etc.

• Les fondamentaux de la dynamique des fluides peuvent être utilisés pour concevoir des avions supersoniques, des missiles, des turbines à gaz, des moteurs de fusée, des torpilles, des sous-marins, etc.
• Les centrales électriques comme l'énergie hydroélectrique, l'énergie thermique (vapeur), l'énergie des turbines à gaz utilisent la mécanique des fluides.

• La mécanique des fluides a de vastes applications dans les appareils de mesure de pression, de vitesse et de mesure de débit instruments.

Mesure de pression: manomètre à tube de bourdon, vacuomètre, manomètre etc.

Instruments de mesure de vitesse et de débit: tube de Pitot, courantomètre, venturi, orifice, rotamètre, etc.

• Certains des sujets scientifiques comme l'océanographie, la météorologie, la géologie, etc. nécessitent également la dynamique des fluides.
• Les divers dispositifs de contrôle des fluides pneumatiques et hydrauliques
• Même si nous considérons que le sang circulant à l'intérieur de la veine humaine possède une dynamique des fluides

Dans la nature, il y a tellement de processus régis par la mécanique des fluides et les lois de la dynamique des fluides. Exemple: élévation des eaux souterraines au sommet de l'arbre, cycle de l'eau de pluie, flux et vagues du vent, vagues océaniques, conditions météorologiques, etc.

Comprenons quelques applications pratiques de la dynamique des fluides, qui deviendront très familières avec vous.

Vous pourriez avoir le vélo ou la voiture de votre véhicule automobile. Vous savez que l'air est infiltré à l'intérieur des pneus des véhicules avec de la pression, donc il possède des lois de pression.

Deuxièmement, l'amortisseur est rempli d'huile qui absorbe les secousses ou les chocs. L'huile sera sous pression et fournira un amorti à votre véhicule. Il existe de nombreuses applications quotidiennes dans votre vie qui sont totalement ou partiellement régies par la mécanique ou la dynamique des fluides.

Unités et dimensions

Puisque notre sujet est la mécanique des fluides, nous étudierons diverses caractéristiques des fluides; il est obligatoire de suivre un système pour indiquer ces attributs, à la fois qualitativement et quantitativement.

L'aspect qualitatif décrit pour trouver la nature, ou le type, des caractéristiques comme la longueur, le temps, la contrainte, la température, la vitesse et la pression du côté suivant, l'aspect quantitatif indique une mesure de valeur des attributs.

Une dimension peut être définie comme une description de quantités mesurables ou d'attributs d'un objet tels que la masse, la longueur, la température, la pression, le temps, etc.

La compréhension de l'unité peut être considérée comme la norme pour mesurer la dimension ou la qualité.

Pour comprendre la différence entre les unités et les dimensions, prenons un exemple de la distance entre Mumbai et Goa.

Le terme longueur est utilisé pour décrire le concept qualitatif de quantité physique.

Le terme unité indique l'ampleur de la distance entre Mumbai et Goa dans notre exemple. Cette distance peut être exprimée en mètre, en kilomètre ou en miles.

Il existe quatre dimensions fondamentales utilisées dans le système de dimensionnement physique. Dans le système SI (standard international), les dimensions sont la masse, la longueur, le temps et la température. Comprenons comment ça marche?

Système international (SI). En 1960, le 11^th Conférence générale organisée sur les poids et mesures, l'organisation internationale chargée de gérer des normes de mesures précises et systématiques, a correctement accepté le Système international d'unités comme norme internationale. Ce système, généralement appelé SI, a été largement accepté dans le monde entier et est largement utilisé.

Ce sont les unités fondamentales du système SI. Autre, toutes les unités de toutes les propriétés physiques peuvent être dérivées sur la base de ces quatre unités. Prenons un exemple pour mieux le comprendre.

PROJETS

 Vous avez entendu parler du travail. L'unité de travail est Joule. Maintenant, nous agrandissons son unité.

En d'autres termes, il s'agit d'un transfert d'énergie de n'importe quel objet lorsqu'il se déplace d'un endroit à un autre. La force peut être positive ou négative.

Travail = Force * Distance

Le newton (N) est une unité de force et l'unité mètre est une unité de distance. Donc l'unité de travail,

Unité de travail = Newton * mètre = N * m = Joule (J)

Densité

La formule de densité est donnée ci-dessous.

Densité = masse par unité de volume

Ici, l'unité de masse est le kg, l'unité de volume est le m^3.

L'unité de densité est le kg / m³

La densité de l'eau est considérée comme 1000 ou 997 kg / m³. La densité de l'air est de 1.225 kg / m³

Cela signifie que l'eau est considérée comme dense standard et qu'elle est plus lourde que beaucoup d'autres liquides. L'air est nettement plus léger et c'est un fluide hautement compressible.

Puissance

La définition de la puissance est donnée comme la capacité de travailler en unité de temps. Ou nous pouvons dire travail effectué par unité de temps.

Puissance = travail effectué par unité de temps.

L'unité de travail est le Joule (J) et l'unité de temps est la seconde (s).

L'unité de puissance est calculée en J / s (Joule / seconde). L'unité Joule / seconde est généralement appelée watt (w).

Questions et réponses

Quels sont les types de fluides selon l'état?

Selon l'état, il existe deux types de fluides.

1. Liquide
2. Gaz

Donnez le nom des branches de la mécanique des fluides.

1. Hydrostatique
2. Cinématique des fluides
3. dynamique des fluides

Qu'est-ce que le vrai fluide?

Il possède la plupart des caractéristiques pratiques,

1. Visqueux
2. Compressible
3. Friction
4. Tension superficielle

Définir : Dimension et unité

Une dimension peut être définie comme une description de quantités mesurables ou d'attributs d'un objet tels que la masse, la longueur, la température, la pression, le temps, etc.

La compréhension de l'unité peut être considérée comme la norme pour mesurer la dimension ou la qualité.

Donnez quatre dimensions fondamentales du SI (Standard International).

Qu'est-ce que le système SI (Standard International)?

Système international (SI). En 1960, le 11^th Conférence générale organisée sur les poids et mesures, l'organisation internationale chargée de gérer des normes de mesures précises et systématiques, a accepté à juste titre le Système international d'unités comme norme internationale.

Faites appel à trois applications de la mécanique des fluides.

• Concevoir des avions supersoniques
• Le réseau de distribution d'eau
• Les divers dispositifs de contrôle des fluides pneumatiques et hydrauliques

Quels sont les instruments de mesure de pression?

• Manomètre à tube de bourdon
• Jauge à vide
• manomètre

Donnez trois noms de principes de mécanique des fluides.

• Théorème de Bernoulli
• Méthode de Rayleigh et théorème pi de Buckingham
• Le principe d'Archimede

QCM sur les articles

Choisissez la branche mécanique des fluides; l'étude comprend des actes de force et d'énergie sur le fluide en mouvement?

(a) Hydrostatique (b) Cinématique des fluides         (c) Dynamique des fluides            (d) Aucun

Dans laquelle des branches suivantes de la mécanique des fluides, il n'y a pas de contrainte de cisaillement ou de mouvement de fluide?

(a) Hydrostatique               (b) Cinématique des fluides (c) Dynamique des fluides (d) Aucune

Un fluide idéal est appelé le fluide qui est________

(une) Incompressible          (b) Compressible (c) Visqueux (d) Aucun

Un vrai fluide est celui qui possède ________

(a) Incompressible          (b) visqueux             (c) Inviscid (d) Sans friction

Lequel des énoncés suivants est le principe de base de la dynamique des fluides?

(a) Loi de Newton sur le refroidissement         (b) Loi de Newton sur la viscosité

(c) Loi de la transmission (d) Stefan-Boltzmann

Lequel des éléments suivants est la machine hydraulique?

(a) Engrenage hélicoïdal (b) Vilebrequin  (c) Turbines          (d) forage

Choisissez le nom de la structure hydraulique parmi les choix suivants.

(a) poutre de maison (b) Structure de la machine     (c) Barrage (d) Aucun

Lequel des éléments suivants est un appareil de mesure de débit?

(a) Rotamètre   (b) Jauge à tube de Bourdon (c) Manomètre               (d) Aucun

Quelle est l'unité de puissance?

(a) J / s    (b) J (c) Nm (d) K

Quelle est l'unité de densité?

(a) kg (b) m / s (c) kg / m³ (d)m²

Conclusion

Cet article est utile pour acquérir les connaissances de base sur la mécanique des fluides fondamentale. L'article comprend une compréhension de certains termes de base tels que l'hydrostatique, la cinématique des fluides et la dynamique des fluides. La liste des différents principes et applications de la mécanique des fluides est fournie pour se faire une idée du sujet et des futurs sujets d'apprentissage. Enfin, les définitions de dimension et d'unité sont données avec des exemples détaillés.

Cet article vous apprend à visualiser et à vous souvenir des applications de la mécanique des fluides dans votre vie de tous les jours. Vous devez collaborer avec des applications avec les principes de la mécanique des fluides.

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Dr Deepakkumar Jani

Je m'appelle Deepak Kumar Jani, je poursuis un doctorat en mécanique et énergie renouvelable. J'ai cinq ans d'expérience en enseignement et deux ans en recherche. Mes domaines d'intérêt sont le génie thermique, l'ingénierie automobile, la mesure mécanique, le dessin technique, la mécanique des fluides, etc. J'ai déposé un brevet sur « L'hybridation de l'énergie verte pour la production d'électricité ». J'ai publié 17 articles de recherche et deux livres.
Je suis heureux de faire partie de Lambdageeks et j'aimerais présenter une partie de mon expertise de manière simpliste aux lecteurs.
Outre les universitaires et la recherche, j'aime me promener dans la nature, capturer la nature et sensibiliser les gens à la nature.
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