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Niveau maths spé
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mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau

Posté par
gijske
07-07-14 à 16:05

Voici l'énonce de l'exo :
Déterminer le rayon r(z) d'un filet d'eau s'écoulant vers le bas d'un robinet. on introduira le rayon et le débit en sortie du robinet. On fera toutes les hypothèses nécessaires.On ne prendra pas en compte la fragmentation du jet du aux tensions superficielles.

je suis dessus depuis une heure, j'en peu plus!

Merci de votre aide.

Posté par
athrun
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 17:01

Bonjour,

en faisant les hypotheses necessaires (et en les justifiant), applique le theoreme de Bernouilli sur un filet d'eau.

Posté par
gijske
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 17:15

Merci,

Je viens de le faire, la seule hypothèse que je fait qui me gène vraiment est que la pression a la sortie du tuyau vaut Po, avec ça je trouve r(z) = Ro / (1+2*g*z*Pi*Pi*Ro*Ro*Ro*Ro/(Do*Do))^1/4

D0 = diamètre initial
Ro = rayon initial
Po = pression atmo

Qu'est-ce-que tu en pense?

Posté par
J-P
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 18:56

Soit Q le débit volumique et ro le rayon du filet d'eau à la sortie du robinet

Soit Vo la vitesse de l'eau à la sortie du robinet.

v(z) = Vo + gt
z = Vo.t + gt²/2

On élimine t entre ces 2 équations :

z = Vo.t + gt²/2
gt² + 2Vo.t - 2z = 0
t = [-Vo + Racinecarrée(Vo² + 2gz)]/g

V(z) = Vo + [-Vo + Racinecarrée(Vo² + 2gz)]
V(z) = Racinecarrée(Vo² + 2gz)
-----

Mais on a : Q = Vo . Pi.ro²
---> Vo = Q/(Pi.ro²)

V(z) = Racinecarrée((Q/(Pi.ro²))² + 2gz)

On a (conservation du débit) : Q = Pi.(r(z))² * v(z)

Q = Pi.(r(z))² * Racinecarrée((Q/(Pi.ro²))² + 2gz)

(r(z))² = Q/[Pi * Racinecarrée((Q/(Pi.ro²))² + 2gz)]

r(z) = \sqrt{\frac{Q}{\pi * \sqrt{(\frac{Q}{\pi.r_o^2})^2 +2gz}}}
-----

Sauf distraction ou erreurs (pas vérifié).

Posté par
athrun
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 18:56

oui c'est ça. Le terme \pi^2R_0^4/D_0^2 se simplifie en 1/v_0^2, ce qui donne :

\boxed{\large r(z)=R_0\left(1+\frac{2gz}{v_0^2}\right)^{-1/4}}.

Tu as dû supposer l'écoulement homogène entre autres, donc la pression est uniforme dans le fluide, elle vaut P_0 par conditions aux limites.

Si on calcule  l'ordre de grandeur de r(z) pour, disons z=-10 \text{cm}, on obtient des valeurs assez bonnes. En revanche le modèle n'est pas incroyable car on néglige les tensions superficielles, la viscosité...

Posté par
athrun
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 19:00

Bonsoir \red\text{J-P}, si on remplace Q par son expression dans ton résultat, on trouve le même que le mien (le même r(z) ).

Posté par
J-P
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 19:56

Salut athrun,

J'ai utilisé Q et pas Vo dans la solution finale ... parce que c'est ce qui était demandé par l'énoncé par "on introduira le rayon et le débit en sortie du robinet"

Posté par
athrun
re : mécanique des fluides, profil d'un filet d'eau 08-07-14 à 20:10

C'est vrai, c'était surtout pour dire qu'on avait la même chose finalement, et donc qu'a priori c'est correct



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