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Hydraulique

Posté par
ritro
24-05-13 à 16:14

Bonjour, en vue d'un concours, je suis en train (péniblement après 15 ans) de me remettre à l'hydraulique, mais sans corrigé, je n'arrive pas à voir tous les principes en action. Voici le problème :

Jet d'eau de Genève
Le jet d'eau (cf figure) de diamètre initial 107 mm s'élève verticalement à une hauteur de 156 m. En négligeant les pertes par frottement, calculer :
1) la vitesse à la base du jet.
2) la vitesse dans le tuyau d'amenée de diamètre 1 m.
3) le débit volumique.
4) la puissance nécessaire pour alimenter le jet d'eau.
5) si l'on remplaçait l'eau par du mercure de masse volumique 13,6.10^3 kg.m^-3, à quelle hauteur monterait le jet dans les mêmes conditions de vitesse d'éjection ?
NB : on négligera la résistance de l'air et on prendra dans cet exercice comme valeur de l'intensité de l'accélération de la pesanteur g = 10 m.s^-2

Hydraulique

Posté par
PerArGal
re : Hydraulique 24-05-13 à 20:15

Bonjour,

Karl Marx disait: la révolution c'est comme repeindre se chambre, le plus dur, c'est de s'y mettre
J'espère que tu diras presque la même chose de la physique puisque tu t'y REmets  

Alors on va essayer de t'aider sans te donner les réponses (tout de suite)

Question 1) faire un bilan d'énergie mécanique:   Energie cinétique + Energie potentielle (de pesanteur!) = Cons
tante

Question 2) et 3) connaissant le diamètre de la buse et celui du tuyau d'amenée ... sachant que tout ce qui sort en 1 seconde  est entré en 1 seconde ... tu dois trouver va et le débit

Question 4) comme tu connais le volume d'eau déplacé en une seconde ...

Question 5) ... piégeuse, faire le même bilan qu'à la question 1)

N'hésite pas à partager tes progrès dans la détermination de la solution et/ou à poser de nouvelles questions!

Posté par
ritro
re : Hydraulique 24-05-13 à 23:00

Ok, je n'en attendais pas autant alors je me lance :

question 1
Si je m'inspire de Bernouilli, en considérant l'écoulement du fluide entre les points B et C, je peux écrire :

\frac{1}{2}\rho(vc^2-vb^2)+\rho g(zc-zb)+Pc-Pb=0

mais que dire de Pc et Pb ? Pc=Pb=Patm ?
et vc=0, puisque le jet s'arrête !
ce qui peut nous conduire à la simplification suivante:-\frac{1}{2}\rho vb^2+\rho gh=0
soit vb^2=2gh vb=\sqrt(2gh)

Merci.

Posté par
ritro
re : Hydraulique 24-05-13 à 23:16

Question 2

Effectivement, le débit ne peut être que constant donc
qm = \rho.va.Sa =\rho.vb.Sb
va=vb.\frac{Sb}{Sa}
va=vb.\frac{db^2}{da^2}

?

Posté par
ritro
re : Hydraulique 24-05-13 à 23:54

Question 3
qm= \rho v S
En B, on a alors:qm= \rho.\sqrt(2gh).\pi\frac{db^2}{4}

Posté par
ritro
re : Hydraulique 25-05-13 à 00:05

Oups, question 3 suite :
qv = \frac{qm}{\rho}=\sqrt(2gh).\pi\frac{db^2}{4}

Posté par
ritro
re : Hydraulique 25-05-13 à 00:50

Question 4:
En fait Bernouilli n'a pas tout dit: lors d'un écoulement avec échange d'Energie,
on a : \frac{1}{2}\rho(vc^2-vb^2)+\rho%20g(zc-zb)+Pc-Pb=\frac{P}{qv}
mais j'ai du mal à capter le raisonnement pour en déduire la Puissance, peut faut-il se placer entre A et B ?

Posté par
PerArGal
re : Hydraulique 25-05-13 à 08:45

Bonjour,

Tu as bien "déblayé" le terrain! Pour la puissance, puisque l'on n'a pas d'information sur les frottements et la rendement de la pompe, on se place dans un cas idéal: le travail fourni ne sert qu'à faire monter l'eau ... Et donc si tu calcules le travail fourni par unité de temps ... tu as la puissance!

Posté par
ritro
re : Hydraulique 25-05-13 à 09:07

Bonjour, merci pour le retour.
Donc serait-ce aussi simple que d'écrire \rho gh=\frac{P}{qv} ?

Posté par
PerArGal
re : Hydraulique 25-05-13 à 17:11

Tout à fait!

Tu pourrais aussi te représenter cette puissance comme la quantité d'énergie acquise par la masse d'eau traversant la buse en 1 seconde:

Soit, en reprenant tes conventions de notation

P = \frac{1}{2}q_mv_b^2

Or

q_m = \rho.q_v

Et

v_B = \sqrt{2gh}

Donc P = q_v.\rho.g.h

On retrouve bien la considération sur la conservation de l'énergie mécanique et c'est tant mieux!

Posté par
ritro
re : Hydraulique 26-05-13 à 23:53

Ok, merci pour le coup de main.
Et enfin la question 5.
Si on interprète à la lettre l'énoncé " dans les mêmes conditions de vitesse d'éjection ".
Est que l'on considère que la vitesse vb trouvée pour l'éjection de l'eau est la même que celle qui éjecte le mercure, ou est-ce la puissance consacrée à l'éjection qui servira à éjecter le mercure.
La formule qui nous a conduit à calculer vb n'est pas liée à la masse volumique, donc faut-il considérer la puissance.
  

Posté par
PerArGal
re : Hydraulique 27-05-13 à 21:08

Désolé pour réponse tardive ...

Mon commentaire initial sur le côté "piégeux" de cette question trouve son écho dans ta question: ma lecture est que "les mêmes conditions de vitesse d'éjection" signifie en français simple "la même vitesse d'éjection" ... Mais je n'en suis pas plus sûr que cela.

Posté par
ritro
re : Hydraulique 27-05-13 à 21:26

Pas de soucis, tu m'as déjà bien aidé à avancer.
Pour la question 5, la conclusion serait alors même hauteur, puisque la vitesse n'est pas proportionnelle à la masse volumique !

Posté par
PerArGal
re : Hydraulique 27-05-13 à 22:02

C'est cela. cependant je remplacerais l'expression "la vitesse n'est pas proportionnelle à la masse volumique " par, la vitesse ne dépend pas de la masse volumique!

(x proportionnel à y, est une relation très spécifique ente x et y ...)

A+

Posté par
ritro
re : Hydraulique 27-05-13 à 22:04

Ok, merci encore.



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