13h-15h :

Chapitre Tphy2 : Machines thermiques

Application du cours aux exercices 2 et 3 : Mélangeur et échangeur : bilans enthalpiques et entropiques
-Tuyère (convergent, convergent puis divergent de la tuyère de Laval)
- Vanne de détente (transformation sensiblement isenthalpe et 100% irréversible)
- Cycle de Rankine
- Cycle de Hirn (simple ou double surchauffe)
Application du cours à l’exercice 4 : Climatiseur (utilisation du diagramme des « frigoristes »)

Travaux en cours :
- Exercices 1 et 4 à finaliser pour vendredi 3 février
- DM6 à finaliser pour mercredi 1er février

15h-17h : TIPE 2.017

Poursuite des travaux expérimentaux (modifications, rassemblement des éléments du système, mesures)

10h-12h : Chapitre Tphy2 : Machines thermiques

Premier et second principes exprimés sur des sytèmes ouverts et des régimes permanents
Retour sur le cas très particulier de la transformation de Joule-Kelvin (isenthalpe et 100% irréversible)
Estimation graphique d’une quantité de chaleur massique et d’un travail indiqué massique pour une compression réversible (utilisation des coordonnées du diagramme entropique (T,s))
Rendement à l’isentropique des compressions et détentes adiabatiques
Description et bilans sur les échangeurs thermiques (avec ou sans changement d’état)
Description et bilans sur les mélangeurs et les séparateurs (de phase en particulier)

13h-17h : Corrigés d’exercices méca flu

TD MF2 : Cinématique et énergétique des fluides parfaits et des fluides réels

Exercice 2 : Cinématique autour d’un cylindre (cas d’un écoulement parfait (!))
Exercice 3 : Etalement de jet sur un fond plat
Exercice 11 : Pertes de charge dans la système artériel : obtention de poiseuille par un bilan des actions mécaniques sur un tronçon + rôle du diamètre sur le débit ou le ∆P/L nécessaire à la circulation d’un débit donné
Exercice 13 : Installation de conduites en parallèle : notion et utilisation de la résistance hydraulique

Travaux en cours :
DM6 à finaliser pour le mercredi 1er février
QCM Méca flu à valider sur evalbox

17h-19h : TD IMSP 3 en demi-classe (2nd groupe classe)

Méthode du recuit simulé (MonteCarlo-Metropolis)

- situation où la variable température est signifiante physiquement :
Evolution Boltzmanienne des répartitions de population des molécules d’ »air » dans une atmosphère isotherme
Recherche de la conformation d’énergie minimale ABSOLUE d’une molécule de butane en simulant un recuit par diminution exponentielle de température.
(Programme python fourni à légender)
- situations de « simulation d’une variable température » pour rechercher des trajets ou coûts minima (et application d’un algorithme de recuit) :
a- le voyageur de commerce (simulation graphique de la progression sur des applets java sur internet)
b- Allocations de niveaux de vols (régulation) de n avions à partir de leurs RFL à partir d’un graphe des coûts (extrait Centrale Info commune 2016)
(Programme python à réaliser)

10h-12h : TD supplémentaire méca flu (classe entière)

- Observation des écoulements autour d’un cylindre (repérage approximatif des nombres de Reynolds associés (naissance de tourbillons contravariants, détachement, allée de Bénard-Von Karman, évolution du sillage)
- Corrigé détaillé de l’interro 8 : Interprétation du nombre de Reynolds comme un rapport de temps de diffusion de quantité de mouvement sur un temps de convection de quantité de mouvement, limites de la transition laminaire-turbulent (cas des conduites), calculs sur l’écoulement de Poiseuille, méthodes vélocimétriques : Compteur volumétrique, débitmètres à Venturi ou Pitot, Anémométrie Doppler, Vélocimétrie par intercorrélation d’images de particules ensemençant l’écoulement…

13h-17h : TP visualisation, simulation et calculs empiriques de méca flu

Tout est réalisé sur logiciel

Multimedia Fluid Dynamics (1h)
Parcours pour mieux appréhender : la vorticité, la couche limite, les crises de résistance provoquées etc.

Méca flux™(1h)
Logiciel utilisé ici pour confirmer les pertes de charges d’un réseau hydraulique d’approvisionnement et des puissances reçue par une turbine ou bien fournie à une pompe en présence de forces de viscosité. Adaptation d’une pompe de caractéristique (HMT(Q)) donnée à un réseau hydraulique
-Deux situations concrètes typiques d’application : Barrage-Turbine (exercice 12) et relèvement d’eau avec pompe de caractéristique donnée

Travaux en cours :
- Exercice 11 à finaliser
- DM6 à poursuivre

13h-15h :

Chapitre MF (fin)

Bernoulli généralisé aux fluides réels avec la notion de charge et de perte de charge.
Puissance dissipée par les forces de viscosité (en frontière et en interne) : relation à ∆C en Pa + écriture en mcf (mètres de colonne de fluide par le ∆H)
Pertes de charge régulières et singulières
Utilisation de l’abaque de MOODY pour l’obtention du coefficient de Darcy-Weisbach pour un Reynolds donné : calculs de pertes de charges linéiques.
Application à l’exercice 9 : Pertes régulières par moody et/ou Blasius + pertes singulières dans un élargissement de conduite (par la « formule » de Bélanger)


Chapitre Tphy2 : Introduction

Forme courante d’application du bilan enthalpique lors de régimes de transformations stationnaires (ou à défaut périodiques) d’un fluide frigorigène dans un interacteur thermomécanique.


Travaux en cours :
- Chercher les exercices 11 et 12 du TD
- Finaliser les réponses à l’interro 8 (2016) correspondant aux documents d’approche documentaire
- DM6 à avancer sérieusement

15h-17h : TIPE 2.017

Poursuite des travaux expérimentaux (modifications, rassemblement des éléments du système, mesures)

10h-12h : Chapitre MF : Fluides réels

Définitions des zones laminaires ou turbulentes d’un écoulement fluide
Approche initiale et progressive du nombre de Reynolds (vitesses lentes, taille réduite d’objets, forte viscosité du fluide)
Force de stokes (écoulements linéaires)
Viscosité dynamique
Force et coefficient de trainée
Fluides Newtoniens
Viscosité cinématique
Définition du nombre de Reynolds
Graphique Cx(Re) : association des différents régimes avec le nombre de Reynolds (cas de la sphère lisse)
Généralisation de BERNOULLI avec la perte de charge


Travaux en cours (pour mercredi 18 janvier) :
- Chercher l’interro 8 sur l’approche documentaire
- Avancer les recherches personnelles dur le DM 6


13h-17h : TP tournants (Optique et transferts thermiques) (série 1)

Rotation 1 (troisième séance)

TP A1 : Michelson (réglages)
TP B1 : Goniométrie à réseau : lambdamétrie (à incidence normale puis à déviation minimale)
TP C1 : Conduction dans les métaux : confirmation de diffusivité par régime transitoire et confimation de conductivité par régime permanent avec flux thermique connu.
TP D1 : Calorimétrie thermochimique : mesure d’enthalpies de réactions exothermiques et tentative de titrage thermique.

13h-17h : Corrigés d’exercices méca flu : Bernoulli et cinématique des fluides ( 1/2 classe)

TD MF2 : Cinématique et énergétique des fluides parfaits et des fluides réels

Exercice 5 : Vidange de Torricelli (approximation quasi-stationnaire, écarts réalité-modèle)
Exercice 6 : Débitmètre à effet Venturi (élargissement de BERNOULLI à tout le fluide lors d’un écoulement irrotationnel)
Exercice 7 : Bernoulli appliqué à une fourche séparant deux utilisateurs (horizontale puis verticale)
Exercice 1 : Description d’un écoulement autour d’un cylindre dans deux référentiels (cylindre puis fluide au repos) : laminarité, turbulence, stationnarité, points d’arrêt..

Travaux en cours :
Lire ce WE les approches documentaires distribuées : Reynolds, traînée, mesures plus ou moins intrusives de vitesse(s) : Vélocimétrie LASER DOPPLER, PIV.
Trouver le temps ce WE d’essayer de répondre aux questions de l’interro 8 de l’an dernier sur les approches documentaires

17h-19h : TD IMSP 3 en demi-classe (1er groupe classe)

Méthode du recuit simulé (MonteCarlo-Metropolis)

- situation où la variable température est signifiante physiquement :
Evolution Boltzmanienne des répartitions de population des molécules d’ »air » dans une atmosphère isotherme
Recherche de la conformation d’énergie minimale ABSOLUE d’une molécule de butane en simulant un recuit par diminution exponentielle de température.
(Programme python fourni à légender)
- situations de « simulation d’une variable température » pour rechercher des trajets ou coûts minima (et application d’un algorithme de recuit) :
a- le voyageur de commerce (simulation graphique de la progression sur des applets java sur internet)
b- Allocations de niveaux de vols (régulation) de n avions à partir de leurs RFL à partir d’un graphe des coûts (extrait Centrale Info commune 2016)
(Programme python à réaliser)

13h-15h :

Chapitre MF

Bilan de masse et bilan de volume sur des systèmes ouverts et fermés
Conservation de la masse implique l’égalité des débits de masse en entrée et en sortie en régime permanent
Le fait de choisir des systèmes ouverts de volume fixe (perméable aux particules) permet d’associer au volume un terme de création possible directement identifiable à l’augmentation de volume du système fermé qui avance : l’égalité des débits volumiques en entrée et sortie correspondra à un écoulement incompressible.
Bilan d’énergie (sous toutes ses formes) : passage de l’expression du premier principe appliqué aux systèmes fermés à sa réécriture en système ouvert.
Séparation des différents travaux (ou puissances) : puissance des parties mobiles ou puissance indiquée, puissance échangée avec le fluide en amont et en aval (puissance de transvasement), puissance éventuelle de forces dissipatives (cas des fluides réels)
Simplification en bilan enthalpique pour un régime permanent, un fluide parfait et l’absence de variation d’énergie cinétique et potentielle massique en entrée et en sortie.
Application au fluide parfait incompressible-homogène en régime permanent : découplage des aspects thermique et mécanique : théorème de BERNOULLI
Démonstration purement « mécanique » de BERNOULLI en affirmant le découplage (pas de conversion de entre formes d’énergie)
Application du théorème de BERNOULLi : Effet Venturi et mesure de dépression occasionnée (exo 6 TD MF2)

Travaux en cours :
- Chercher la fin de l’exercice 6 du TD MF2 (venturi) ainsi que l’exercice 1 sur l’interprétation d’écoulements
- Le groupe ayant la séance Python IMSP3 mercredi après-midi doit avoir lu le texte d’énoncé

15h-17h : TIPE 2.017

Poursuite des travaux expérimentaux (modifications, rassemblement des éléments du système, mesures)

10h-12h : Chapitre MF : Rotationnel et débits de masse et de volume

On donne l’expression intégrale de la définition du rotationnel d’un champ vectoriel : Théorème de Stokes
Rappels sur les champs de forces conservatifs (ils dérivent d’un gradient, ont un rotationnel nul partout et leur circulation ne dépend pas du chemin suivi (ou bien est nulle sur un contour fermé)): différentes expressions de la même propriété.
Calculs de rotationnels dans le cas de champs faux-amis
Tube de courant
Tronçon de tube de courant
Débit de masse = flux de vecteur vitesse à travers une section
Débit de volume = flux de masse volumique pondérant le vecteur-vitesse à travers la section

Les DS3 auto-corrigés sont rendus re-corrigés

Travaux en cours (pour mercredi 18 janvier) :
- Chercher quelques exercices de cinématique des fluides parmi les 1,2,3,4 de la feuille de TD MF2


Le sujet de DM6 a été distribué mais il n’est pas pertinent de commencer à le chercher avant vendredi 20 janvier

13h-17h : TP tournants (Optique et transferts thermiques) (série 1)

Rotation 1 (deuxième séance)

TP A1 : Michelson (réglages)
TP B1 : Goniométrie à réseau : lambdamétrie (à incidence normale puis à déviation minimale)
TP C1 : Conduction dans les métaux : confirmation de diffusivité par régime transitoire et confimation de conductivité par régime permanent avec flux thermique connu.
TP D1 : Calorimétrie thermochimique : mesure d’enthalpies de réactions exothermiques et tentative de titrage thermique.

8h-12h :

DS 4 : Interféromètre de Michelson - Transferts thermiques - équilibres diphasés - Statique des fluides

Exercice 1: Mesures interférentielles
Exercice 2 : Echangeur de chaleur à contre-courant - Helium diphasé liq-vap - Refroidissement par évaporation - mesure de température par capteur de pression de vapeur saturante
Exercice 3 : Aérostat dans un modèle polytropique de troposphère

Corrigé distribué immédiatement

13h-17h :

Suite du Chapitre MF1

Théorème d’Archimède : Expression du « principe » , démo du théorème, torseur des actions d’Archimède
Description des écoulements :
- Lagrangienne : Particulaire : on suit une particule mésoscopique ou tout autre système macroscopique fermé dans son mouvement
- Eulérienne : Locale : on définit un champ par l’ensemble des valeurs locales et instantannées que prend une grandeur physique dans la zone d’observation qui est donc généralement un système ouvert (frontière perméable à la matière)

On signale l’écriture de la RFD des fluides avec l’accélération « particulaire » (Euler ou Navier Stokes suivant le modèle de fluide)
On signale que la différence entre accélération particulaire et accélération locale est une accélération « convective » dont on donne l’interprétation

On devine que l’adaptation des principes fondamentaux de la physique (thermo en particulier) nécessitera de passer de la présentation eulérienne des champs observés à la présentation lagrangienne correspondant à des systèmes fermés en déplacement.
Le cas des régimes permanents dans le référentiel d’observation et de mesure conduira a une expression simplifiée de ces relations.
Un exemple de changement de référentiel permettant de retrouver un régime stationnaire( i e permanent) dans un nouveau référentiel est présenté dans une animation vidéo : étude du champ vectoriel eulérien des vitesses dans le référentiel d’avancement de la vague.

description cinématique : trajectoires, lignes d’émission, lignes de courant (définitions et application à un champ uniforme instationnaire)

Ecoulements :
- Uniforme
- Stationnaire
- Incompressible
- Incompressible-homogène
- Irrotationnel

Rotationnel : On définit ce nouvel opérateur spatial par la relation intrinsèque entre une circulation élémentaire de vecteur sur un contour infinitésimal fermé et flux du rotationnel de ce vecteur à travers toute surface élémentaire portée par ce contour (et orientée)
On essaie d’interpréter l’appellation « vecteur-tourbillon » (simulation mentale d’un circulomètre pour repérer le sens, la direction et la norme locale et instantannée du rotationnel d’un champ vectoriel)

13h-15h :

Chapitre MF

Correction des exercices :
-Résultante des forces de pression sur un barrage voûte cylindrique
-Résultante des forces de pression en géométrie sphérique : hémisphères de Magdebourg

Application de la RFS aux fluides compressibles (illustré par l’exercice 1 du TD MF1)
- atmosphère isotherme : pression exponentielle décroissante de l’altitude. Rôle de la masse molaire du gaz sur la distance caractéristique de la distribution verticale de pression.
- troposphère à gradient de température uniforme : modèle « polytropique »
On exprime p(z) et µ(z) et on interprète l’appellation polytropique avec la définition et le calcul de l’exposant k : on confirme qu’un modèle d’atmosphère de ce type correspond à un milieu dans lequel un déplacement de masse d’air est sensiblement adiabatique en trouvant k à peu près égal à l’exposant gamma de Laplace


Travaux en cours :
- Révisions pour le DS 4 de mercredi
- Chercher absolument l’exercice 6 du TD MF1 : aérostat dans l’atmosphère modélisé polytropique, phases d’ascension, plafond…

15h-17h : TIPE 2.017

Poursuite des travaux expérimentaux (modifications, rassemblement des éléments du système, mesures)
Les motivations et intégration au thème de l’année sont finalisées sur SCEI

10h-12h : Chapitre MF : suite de statique des fluides : applications aux torseurs de forces pressantes

On corrige la démo de la RFS par les cartésiennes
On applique la RFS aux fluides INCOMPRESSIBLES_HOMOGENES
(Rappel au passage sur les coefficients de compressibilité isotherme ou (exclusif) adiabatique et le coefficient de dilatation isobare)
Surpression proportionnelle à la profondeur dans un fluide incompressible soumis au champ de pesanteur uniforme
Application au calcul de la résultante et du point d’application
Barrage plan puis barrage-voute cylindrique
On réfléchit à un calcul équivalent pour le barrage voûte en exploitant les symétries.

Travaux en cours (pour lundi 9 janvier) :
- Calculer la résultante des forces de pression sur le barrage voute sans revenir au problème plan équivalent
- Résoudre l’exercice 4 de la feuille de TF MF1 : hémisphères de Magdebourg : calcul de la résultante des forces de pression uniforme sur un hémisphère

13h-17h : TP tournants (Optique et transferts thermiques) (série 1)

Rotation 1

TP A1 : Michelson (réglages)
TP B1 : Goniométrie à réseau : lambdamétrie (à incidence normale puis à déviation minimale)
TP C1 : Conduction dans les métaux : confirmation de diffusivité par régime transitoire et confimation de conductivité par régime permanent avec flux thermique connu.
TP D1 : Calorimétrie thermochimique : mesure d’enthalpies de réactions exothermiques et tentative de titrage thermique.

13h-17h :

Chapitre MF : Statique des fluides

Rappels sur la pression cinétique d’un gaz parfait et sur la définition de la température cinétique.
Evaluation quantitative des ordres de grandeur de l’échelle mésoscopique indispensable à la proposition d’un modèle de fluide continu.
Force pressante élémentaire : rappel de la définition de la pression scalaire, répartition surfacique de ces efforts normaux de contact
Ecriture de l’intégrale résultante. Ecriture du torseur des actions de pression.
Réflexion sur la résultante nécessairement nulle des actions d’un champ de pression uniforme sur une surface géométriquement fermé (frontière d’un objet de volume donné)
Démonstration du théorème du gradient (à partir du théorème de Green Ostrogradski)
Application à l’expression d’une densité volumique des forces de pression équivalente et permettant le calcul de résultante par intégrale sur le volume.
Démonstration de la relation fondamentale de la statique des fluides (en dehors de tout système explicite de coordonnées)

Le DM5 des vacances de Noël est ramassé.

Les documents suivants sont distribués :
- plan et diaporama du chapitre MF
- 4 textes de TP tournants de la série 1
- corrigé du DM5

Travaux en cours :
- Ecrire en cartésiennes la résulante infinitésimale des forces de pression sur un cube élémentaire immergé dans un champ de pressions quelconque
- Retrouver la RFS en considérant l’équilibre nécessaire de ce cube de fluide dans le même fluide environnant.