EMN - Ecole des Mines de Nantes

Contexte

Cet enseignement constitue un pré-requis à de nombreux enseignements dans les domaines de l’énergétique et de l’environnement, des options génie des systèmes énergétiques et génie de l’environnement.

Le futur ingénieur sera ainsi capable d’intégrer l’aspect fluide dans le dimensionnement des installations dont il aura la charge tant au niveau du développement, de la conception ou de la maintenance sous leurs aspects techniques et économiques.

Objectifs

Objectifs généraux

L’enseignement a pour but de fournir les principales notions et les méthodes classiques de calcul utiles au dimensionnement et à l’optimisation des procédés industriels faisant intervenir des fluides.
A l’issu de ce module l’élève sera capable de formuler et de résoudre analytiquement des problèmes classiques de mécanique des fluides industrielle. Il sera également apte à résoudre analytiquement quelques problèmes simples à partir des équations de Navier-Stokes. Il sera aussi capable de comprendre "ce que fait" un code de simulation numérique "généraliste" du type de ceux que l'on rencontre et utilise fréquemment dans l'industrie. Il sera également capable de lire et comprendre les ouvrages, les articles et les revues de mécanique des fluides afin d’aller au-delà des situations académiques traitées en cours..

Les ressources mobilisées par ce cours sont comparables à celles requises par l’enseignement de "Fluide et Thermiques CB2, c'est-à-dire un esprit d’analyses mathématique et physique d’un problème réel.

Objectifs operationnels

L'élève devra être capable d'analyser, de mettre en équation et de résoudre, soit de manière analytique ou au moyen de codes industriel de calcul un problème simplifié mais réel de mécanique des fluides. Il saura effectuer les simplifications et les choix d'hypothèse nécessaires à l'obtention de la solution. Il disposera également du jargon du métier.

Competences requises

Compétences requises

L’étudiant devra faire preuve d’un bon sens physique et être attiré par les problèmes pratiques mais aussi par les techniques de modélisation des systèmes physiques relevant de l’ingénierie de l’énergie et de l’environnement.

Unites de valeurs cibles

Codes UVs cibles

Les cours si dessous sont donnés à titre indicatif. Il serait préférable qu’au moins deux de ces cours aient été suivi.
- Mécanique générale
- Champs et équations de bilan
- Fluides et Thermiques
- Cinétique des transferts de chaleur et de masse
- Mécanique du solide.

UVs cibles

- Cycles Thermodynamiques et installations energétiques
- Performances Energétiques des Bâtiments
- Procédés de Protection de l'Environnement
- PFE dans certains cas

Contenu et organisation pedagogique

Contenu de l'UV

Le module présente les bases théoriques de la mécanique des fluide et les méthodes de modélisation numérique des écoulements. Tout au long de l’enseignement de nombreux exemples réels sont présentés de manières théorique et appliquée. Pour l’essentiel, il s’agit de faire acquérir une compréhension des phénomènes physiques et d’accéder à la résolution des problèmes classiques de mécanique des fluide industrielle. Il s’agit aussi de fournir les connaissances indispensables à l’étude des écoulements de manière analytique, numérique et expérimentale.
La première partie traite des aspects généraux de la mécanique des fluides. L’accent est mis sur la description des phénomènes physiques ( présentation de films) et des méthodes analytiques de résolution. Les principaux segments de la discipline sont abordés afin de donner une vision générale du domaine.
- Introduction à la physique des fluides,
- Forme intégrale des équations de bilans (continuité, quantité de mouvement, énergie),
- Forme locale des équations de bilans (équation de Navier Stokes),
- Analyse dimensionnelle, lois de similitude, et nombres sans dimension,
- Ecoulements internes (régime d’écoulement, pertes de charges)
- Réseaux aéraulique et hydraulique,
- Ecoulement à surface libre dans les canaux,
- Ecoulements externes, (aérodynamique, hydrodynamique),
- Eléments sur la dynamique des écoulements compressibles.
- Ecoulements dans les milieux poreux,
- Notion sur les couches limites laminaire et turbulente, (plaque plane, conduites)
- introduction à la modélisation physique et numérique de la turbulence.
- Elements de métrologie.

Le but est, dans un premier temps, de décrire la physique des principaux phénomènes et, dans un deuxième temps, de présenter de façon détaillée et comparative les principaux modèles proposés par les codes de calculs de mécanique des fluides utilisés dans l’industrie
.
Outre les notions de base (équations de Reynolds, corrélations, analyse spectrale), les techniques de résolution numérique des écoulements turbulents sont décrites. Les différentes méthodes de modélisation de la turbulence les plus couramment employées sont présentées: modélisation statistique classique, simulations des grandes échelles turbulentes et directe.

L’enseignement est complété par la mise en œuvre de ces techniques numériques La formation est faite sous forme de travaux pratiques.

En complément à cette formation académique, le module comporte une conférence-visite d’une installation de recherche-développement de grande taille à Nantes (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment).

Supports pédagogiques

Les supports pédagogiques sont des polycopiés papiers et PDF ( mécanique des fluides générale), quelques films. Les travaux pratiques de modélisation sont réalisés sous le logiciel Matlab.

Bibliographie:
Comolet R. : Mécanique expérimentales des fluides, tomes I, II et III, Masson
Candel S. : Mécanique des fluides, Eléments d’un premier parcours, Cepadues
Ouziaux R. Perrier J. Mécanique des Fluides appliquées. Dunod
Chassaing S. : Mécaniques des Fluides, Eléments d’un premier parcours. Cepadues
Chassaing S. : Turbulence en Mécaniques des Fluides. Cepadues
Landau L. Lifchitz E. : Mécanique des Fluides . Editions Ellipses 1994
Guyon, Hulin J.P. Petit L. : Hydrodynamique physique. Editions de CNRS
Idel’cik I.E. : Mémento des pertes de charges. Editions Eyrolles 1986.
Fletcher C.A.J. : Computational Techniques for Fluid Dynamics, Vol I and II. Springer.
Spurk J.H. : Fluid Mechanics, Springer,
Patankar S.V. : Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Taylor and Francis
Ferziger J. H. Peric, M. : Computational Methods For Fluid Dynamics. Springer.
Bailly C. , Comte-Bellot G. : Turbulence. Editions de CNRS 2003.
Midoux N. : Mécanique et Rhéologie des Fluides. Tec et Doc.

Critere et mode d'evaluation

Critères d"évaluation

Les évaluations sont faites sous forme de un devoir surveillé sur table et deux rapport de travaux pratiques de modélisation.

Nombre d'évaluations

1 devoir sur table + 2 comptes rendus de TP