Ecoulement turbulent entre plaques parallèles
Ce TP est un exemple d’écoulement contraint par la présence de parois. Nous nous intéresserons ici au cas d’un écoulement turbulent entre deux plaques parallèles, entretenues par un gradient de pression.
Le dispositif expérimental de l’INP-ENSEEIHT est composé d’un canal en Plexiglass de 6m de long, alimenté par une soufflerie pouvant fournir un débit de 2800 m3/heure. L’installation est équipée de prises de pression à la paroi et d’une chaine anémométrique permettant la mesure de la vitesse dans une section du canal imposée. Il s’agit, ici, d’étudier le gradient de pression longitudinal et le champ de vitesse d’un écoulement turbulent.
Cette étude est aussi l’occasion découvrir l’anémométrie par fil chaud, technique de mesure fréquemment utilisée pour analyser les écoulements turbulents, car elle autorise une très bonne résolution temporelle de la vitesse, donnant ainsi un accès à la vitesse instantanée.
Le principe de l’anémométrie à fil chaud consiste à mesurer la puissance transférée depuis un fil fin chauffé par effet Joule et refroidi par le passage du fluide. La mesure de la puissance emportée par le fluide donne donc, une mesure indirecte de la vitesse de l’écoulement.
Le fil chaud est en équilibre thermique et la puissance injectée est égale à la puissance échangée avec l’environnement. La sonde est donc fortement soumise aux variations du milieu extérieur, il est donc nécessaire de la calibrer avant chaque utilisation. Une première partie de ce Tp est dédiée à l’étalonnage, une fois cela fait, vous pourrez réaliser les acquisitions.
La sonde retourne uniquement une valeur de tension de l’anémomètre à fil chaud, il faut donc écrire une relation entre la tension aux bornes de l’anémomètre, ` E `, et la vitesse de l’écoulement ` U `. La loi de King nous permet d’écrire :
Où les coefficients ` A `, ` B ` et ` n ` dépendent fortement de la température ambiante et de celle du fil chaud, et doivent donc être déterminés expérimentalement. Pour obtenir cette loi de calibration vous utiliserez le tube de pitot fixé à côté de la sonde fil chaud. Du fait de la piètre réponse fréquentielle d’une sonde de Pitot, on considérera que celle-ci donnera accès uniquement à la moyenne temporelle de la vitesse de l’écoulement. Après avoir placé approximativement la sonde au centre de la veine, nous allons mesurer simultanément la vitesse (moyenne) donnée par le tube de pitot et la tension moyenne de l’anémomètre à fil chaud. Ces mesures simultanées tension/vitesse seront répétées pour toute une gamme de réglage de la vitesse de rotation du ventilateur, afin d’avoir une gamme de vitesse U (moyenne temporelle de U) allant d’environ 0,5 m/s à 12 m/s (environ 20 points).
Vous pouvez télécharger le résultat de ces mesures, ci-dessous:
Dans cette partie, nous allons réaliser une acquisition du signal ` E(t) `. Chaque série temporelle contiendra au moins 10000 points échantillonnés à 1000 Hz. L’acquisition est réalisée grâce au programme : Test_Isel_IT116_4. Vous pouvez télécharger ces données, ci-dessous, en choisissant la position de la sonde souhaitée.