4.6.1 Le Flux
Le flux est le mouvement continu des fluides, gaz et plasmas. Nous différencions :
- le flux laminaire
- le flux turbulent
Si nous négligeons les frictions se produisant entre différentes couches de liquides à la surface des solides et des liquides, nous parlons alors de flux sans frictions ou idéal. Alors que le flux sans frictions a de l’importance pour la compréhension générale des phénomènes de flux et pour le calcul des relations vitesse et pression (par ex. d’une aube de turbine ou d’une aile porteuse d’un avion), il n’est pas significatif pour la technique HVAC.
Le flux d’un liquide ou d’un gaz dans un tuyau peut être laminaire (stratifié) ou turbulent (tourbillonnant). Lors d’un mouvement laminaire dans un tuyau, les différentes particules (liquides) se déplacent le long de lignes de flux parallèles généralement à différentes vitesses w.
Il y a friction t entre les différentes lignes de flux. Plus le fluide est visqueux, plus cette friction est grande.
4.6.1.1 Flux laminaire
Un flux ayant des lignes de flux qui ne se croisent pas est appelé flux laminaire.
Les particules liquides se glissent comme dans des couches les unes sur les autres et produisent un profil de vitesse parabolique. Des tensions de poussée surviennent avec une résistance de frottement. Le flux laminaire ne convient pas au transfert de chaleur à partir de fluides. Dans la technique de ventilation, il est cependant utilisé pour la ventilation de déplacement à l’abri des courants d’air .
Fig. 4-33 Profil de vitesse du flux laminaire dans un tuyau.
4.6.1.2 Flux turbulent
Le flux turbulent présente un modèle de flux agité et tourbillonnant. Les lignes du flux se désintègrent et se perdent. Des mouvements de croisement et de mélange se produisent. Le centre transfère de l’énergie aux couches extérieures. Les particules extérieures, plus lentes, se déplacent vers l’intérieur provoquant un effet de freinage, compensant le profil de vitesse.
fig. 4-34 : Profil de vitesse du flux turbulent
Les applications HVAC sont confrontées presque exclusivement au flux turbulent. Des canaux d’air coudés, des dispositifs de ventilation tel que les appareils de transfert thermique, les ventilateurs, etc. et des bords en saillie font tourbillonner le flux. Dans un tuyau, le profil de flux définitif n’est atteint qu’après une certaine distance dont la longueur s’élève à environ 10x le diamètre du tuyau en question.
Pour un tuyau donné, la transition du flux laminaire au flux turbulent se produit à une certaine vitesse critique définie par un nombre appelé le nombre Reynolds critique (Re = valeur numérique calculée à partir du diamètre du tuyau, de la vitesse du flux et de la viscosité du fluide). Ce nombre est influencé par les frictions aux parois, les changements de vitesse et d’autres facteurs.
La résistance du flux dans les tuyaux, canaux et coudes dépend aussi de la composition de la matière (parois des tuyaux ou canaux).
Afin de transporter un liquide ou un gaz par un tuyau, un différentiel de pression Dp est nécessaire pour surmonter la résistance frictionnelle. Pour maintenir la perte de pression aussi faible que possible, des déflecteurs sont intégrés dans les conduits d’air ou les canalisations sont conçues en conséquence.
fig. 4-35 : Diminution de Dp en utilisant différentes formes de tuyaux ou conduits et en installant des déflecteurs.
Considérons un canal à angle droit ayant des côtés de 10 cm et un flux laminaire à l’entrée. Le modèle de flux 20 cm après un angle de 90° montre un profil de vitesse fortement déformé. Il peut même y avoir des courants contraires. Après 80 cm supplémentaires, le profil de vitesse est de nouveau symétrique. S’il n’y a pas de perturbations supplémentaires, le profil de débit précédent n’est de nouveau atteint qu’après 7 à 8 mètres environ.
Bien entendu, ces phénomènes doivent être pris en compte lors des mesures dans les réseaux de canalisation.
fig. 4-36 : Profil de vitesse mesuré après un angle de 90°. |
